WO2017159869A1 - 電磁界撮像装置 - Google Patents

Abstract

本開示の一つの局面における電磁界撮像装置は、撮像対象に対向するように偏光用光学部材が配置される。レーザ光源からの変調光は、偏光用光学部材内で撮像対象からの電界の影響を受ける。その電界の影響を受けた変調光が、検出光として撮像される。偏光用光学部材は、当該偏光用光学部材の板厚の方向へ移動可能な状態で支持される。偏光用光学部材の板厚は、撮像対象が有する配線の最小空隙間隔の１．２倍以下である。

Description

電磁界撮像装置 関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０１６年３月１７日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１６－０５３９４５号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１６－０５３９４５号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

　本開示は、撮像対象から発生する電磁界を撮像してその撮像結果を画像表示する技術に関する。

　高周波信号が伝搬される各種配線、各種電子部品、さらには任意の平面上の電界又は磁界の空間分布を計測してその計測結果を画像出力する技術が種々提案されている。なお、電界又は磁界のことをまとめて電磁界とも称する。

　下記の特許文献１には、電気光学結晶による光の電気光学効果を利用して回路上の電界分布を映像化する技術、及び磁気光学結晶による光の磁気光学効果を利用して回路上の電界分布を映像化する技術が記載されている。電気光学結晶及び磁気光学結晶は、当該結晶内に電磁界が存在している場合に当該結晶に入射された光の偏光状態がその電磁界によって変化する性質を有する。

特開２０１１－４３３７５号公報

　特許文献１に記載されているような、電気光学結晶又は磁気光学結晶を利用して電磁界分布を映像化する技術においては、高い分解能が求められる。電磁界分布の分解能は、利用する電気光学結晶又は磁気光学結晶の内部における屈折電磁界積分効果の影響を受ける。

　近年、ＩＣチップ内の配線パターンの微細化が進み、例えば数μｍ程度の微細な間隔で複数の配線が形成されることもある。このような配線パターン上の電界分布を電気光学結晶又は磁気光学結晶を利用して計測する場合、隣接する配線の間隔が小さいほど、電気光学結晶又は磁気光学結晶の内部における屈折電界積分効果が大きくなり、それぞれの配線から発生する電界が映像上で分解されなくなる。

　本開示の一局面においては、電気光学効果又は磁気光学効果を有する偏光用光学部材を安定的に支持しつつ、その偏光用光学部材を用いて、微細な配線を含む撮像対象から発生する電磁界の分布を高い分解能で撮像してその撮像結果を画像表示できることが望ましい。

　本開示の一局面における電磁界撮像装置は、少なくとも配線を含む撮像対象から発生する、電界又は磁界である電磁界を撮像するように構成されている。この電磁界撮像装置は、　変調光出力部と、偏光用光学部材と、第１の支持部材と、反射部材と、第２の支持部材と、偏光処理部と、光電変換部と、撮像処理部とを備える。配線は、電気信号を伝達するための導体であり、伝達される信号の具体的態様、例えば電圧値、電流値、周波数、波形などについては、特に限定されるものではない。

　変調光出力部は、特定の変調周波数で変調された変調光を出力可能に構成されている。偏光用光学部材は、電気光学効果又は磁気光学効果を有する板状の部材であって、両板面のうち一方の板面である対向面が撮像対象に対向するよう、且つ、変調光出力部から出力された変調光が、両板面のうち他方の板面である入射面に対して垂直方向に入射されるように配置され、当該部材内に電磁界が存在している場合に当該部材に入射された変調光の偏光状態及び位相が電磁界の印加によって変化して、その変化後の変調光である検出光が出射されるように構成されている。なお、ここでいう「垂直」とは、厳密な意味での垂直に限るものではなく、目的とする効果を奏するのであれば厳密に垂直でなくてもよい。

　第１の支持部材は、偏光用光学部材を支持するために偏光用光学部材の入射面に取り付けられ、変調光及び検出光の双方が透過可能に構成されている。反射部材は、偏光用光学部材の対向面に取り付けられ、偏光用光学部材に入射されて対向面まで伝搬した変調光を入射面側へ反射させるための部材である。第２の支持部材は、第１の支持部材を、偏光用光学部材の板厚の方向（即ち上記垂直方向）へ移動可能な状態で支持するように構成されている。

　偏光処理部は、偏光用光学部材から第１の支持部材を介して出射された検出光を、電磁界の強度と位相に応じて変調された光に変換するように構成されている。
　光電変換部は、偏光処理部から出力された、電磁界の強度と位相によって変調された検出光が受光されるように配置され、受光した検出光を電気信号に光電変換して出力する。

　撮像処理部は、光電変換部から出力される電気信号と変調周波数とに基づいて、撮像対象から発生する電磁界の分布を示す二次元画像を生成して表示させる。ここで表示させる二次元画像は、例えば、実時間静止画、実時間動画、録画静止画、及び録画動画の各種画像のうち少なくとも１つであってもよい。

　そして、偏光用光学部材は、板厚が、配線の最小空隙間隔の１．２倍以下となるように構成されている。なお、板厚とは、偏光用光学部材における上記垂直方向の長さである。また、配線の最小空隙間隔とは、撮像対象内における隣接する配線の間隔のうち最も小さい間隔である。

　このような電磁界撮像装置によれば、偏光用光学部材が撮像対象に対して相対的に垂直方向に移動可能に構成されているため、偏光用光学部材と撮像対象とを相対的に密着させる際に両者が当接しても、その当接により偏光用光学部材が破損するのを抑制できる。つまり、偏光用光学部材を安定的に支持しつつ撮像対象に密着させることができる。しかも、偏光用光学部材の板厚は、配線の最小空隙間隔の１．２倍以下であるため、配線を含む撮像対象からの電磁界分布を、高い分解能且つ低侵襲性で撮像してその撮像結果を画像表示することができる。なお、ここでいう「低侵襲性」とは、偏光用光学部材及びそれを支持する部材が撮像対象に近づいても撮像対象および周辺の電磁界を乱さない度合いを意味する。

第１実施形態の電磁界撮像装置の概要を示す説明図。 電気光学結晶の支持構造の概略を示す斜視図。 電気光学結晶の支持構造の詳細を示す側面図。 電気光学結晶を含む結晶ユニットの支持構造を示す斜視図。 電気光学結晶とＣＭＯＳイメージセンサとの間に介在する光学系の構成を模式的に１つのレンズとして簡略化した光学モデル。 図５の光学モデルの理論分解能を説明するための説明図。 撮像対象の配線パターンを示す説明図。 第１実施形態の電界撮像結果の一例を示す説明図。 比較のための電界撮像結果の一例を示す説明図。 隣接する配線からの電界が分解される性能が結晶厚さＤｔに依存することを示す説明図。 第２実施形態の電気光学結晶の詳細構造を示す斜視図。 第２実施形態の電磁界撮像装置の概要を示す説明図。 第２実施形態の電界撮像の流れを概略的に示すフローチャート。

　１，８０…電磁界撮像装置、５…テーブル、７…位置仰角調整装置、８…床面、１０…撮像対象、１１，７０…電気光学結晶、１２…第１支持ガラス、１３…第２支持ガラス、１４…ホルダ底板、１４ａ…支持凹部、１５…ホルダ本体、１５ａ…支持穴、１６…対物レンズ、２１…反射膜、２２，２３…反射防止膜、２５…結晶側マーカ、３０…ＬＥＤ照明、３３…ハーフミラー、３５…カメラ、４０…撮像制御システム、４１…ＣＭＯＳイメージセンサ、４２…光変調用発振器、４３…レーザ光源、４４…伝達信号用発振器、５１…ファイバ端、５２…コリメータレンズ、５８…ダイクロイックミラー、７０ｘ…ｘ軸方向結晶部、７０ｙ…ｙ軸方向結晶部、７０ｚ…ｚ軸方向結晶部、８１…空間偏光コントローラ、１００…配線パターン、１０１…対象側マーカ。

　以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
　［第１実施形態］
　（１）電磁界撮像装置の概要
　図１に示す本実施形態の電磁界撮像装置１は、撮像対象１０からの電磁界、即ち撮像対象１０から発生する電界又は磁界を撮像して、その撮像結果を二次元画像として画像出力することが可能に構成されている。なお、画像出力可能な二次元画像は、本実施形態では、実時間静止画、実時間動画、録画静止画、及び録画動画のうち少なくとも１つである。電界及び磁界のうちどちらが撮像されるかについては、後述する偏光用光学部材として電気光学効果を有する部材（例えば電気光学結晶）及び磁気光学効果を有する部材（例えば磁気光学結晶）のどちらが用いられるかによって決まる。

　撮像対象１０は、本実施形態では、信号を伝達する配線を含む配線パターン１００が形成された回路基板である。配線パターン１００を伝達される信号は、例えば数百ＭＨｚ～数十ＧＨｚの帯域の信号、即ちマイクロ波～ミリ波の帯域の信号である。なお、配線パターン１００を伝達される信号の周波数は上記周波数帯に限定されるものではなく、偏光用光学部材において電気光学効果あるいは磁気光学効果が生じるような周波数帯であればよい。

　電磁界撮像装置１は、配線パターン１００からの電磁界を撮像可能である。図１に示すように、本実施形態の電磁界撮像装置１は、変調光を出力するレーザ光源４３を備える。レーザ光源４３には、光変調用発振器４２（以下、「発振器４２」と称する）から、光変調周波数ｆＬＯの光変調信号が入力される。レーザ光源４３は、所定の波長のレーザ光を生成し、そのレーザ光を光変調信号によって振幅変調して、その振幅変調されたレーザ光である変調光を出力する。レーザ光源４３から出力される変調光の波長は、本実施形態では例えば７８０ｎｍである。発振器４２には、ＣＭＯＳイメージセンサ４１から所定のリファレンス信号が入力される。このリファレンス信号により、発振器４２とＣＭＯＳイメージセンサ４１とは同期して動作する。

　なお、変調光がレーザ光であることはあくまでも一例であって、変調光がレーザ光であることは必須ではない。レーザ光源以外の光源が用いられ、その光源からの光が変調されて変調光として出力されるように構成されてもよい。

　また、電磁界撮像装置１は、撮像対象１０へ供給する伝達信号を生成するための伝達信号用発振器４４（以下、「発振器４４」と称する）を備える。発振器４４は、信号周波数ｆＲＦの伝達信号を生成し出力する。発振器４４から出力された伝達信号は、アンプ４５で増幅されて、撮像対象１０へ供給される。この伝達信号は、撮像対象１０の配線パターン１００を伝達される。前述のリファレンス信号は、発振器４４にも入力される。このリファレンス信号により、発振器４４とＣＭＯＳイメージセンサ４１とは同期して動作する。つまり、発振器４２、発振器４４、及びＣＭＯＳイメージセンサ４１は同期して動作する。

　レーザ光源４３から出力された変調光は、光ファイバを介してファイバ端５１へ導入され、ファイバ端５１から出射される。ファイバ端５１から出射された変調光は、偏光光学系を経て対物レンズ１６に入射される。対物レンズ１６に入射された変調光は、第２支持ガラス１３及び第１支持ガラス１２を透過して、偏光用光学部材としての電気光学結晶１１に入射される。

　電気光学結晶１１は、電気光学効果を有する結晶である。電気光学効果とは、周知の通り、電気光学結晶内に入射された光の偏光状態が、当該電気光学結晶内の電界の影響を受けて変化する現象である。本実施形態の電気光学結晶１１は、例えばＺｎＴｅである。電気光学結晶１１は、ＺｎＴｅ以外の他の種類の結晶であってもよい。また、偏光用光学部材は、結晶であることは必須ではなく、電気光学結晶以外の、電気光学効果を有する他の偏光用光学部材であってもよい。

　本実施形態では、偏光用光学部材として電気光学結晶１１が用いられる例を示している。本実施形態の電磁界撮像装置１は、撮像対象１０から発生する電磁界のうち電界を撮像することが可能に構成されている。なお、電気光学結晶１１に替えて磁気光学結晶を用いれば、撮像対象１０から発生する磁界を撮像することが可能となる。磁界分布を撮像する場合においても、磁気光学結晶を用いることはあくまでも一例であり、結晶以外の、磁気光学効果を有する他の偏光用光学部材を用いてもよい。

　電気光学結晶１１は、全体として板面が四角形の薄板状の形状を備える。電気光学結晶１１は、両板面のうち一方が撮像対象１０と対向するように配置される。より具体的に、電気光学結晶１１は、撮像対象１０からの電磁界のうち特に配線パターン１００の直上近傍の電磁界が当該電気光学結晶１１内に入るように、撮像対象１０の上面（具体的には配線パターン１００の上面）に接触するように配置される。なお、電気光学結晶１１と撮像対象１０を接触させることは必須ではなく、両者が離れた状態で配置されてもよい。ただしその場合、両者の間隔は、所望の分解能の撮像結果が得られるような短い間隔にすることが好ましい。

　ファイバ端５１から出力された変調光は、偏光光学系を経て対物レンズ１６へ入射する。本実施形態では、１／４波長板５３、１／２波長板５４、偏光ビームスプリッタ５５、１／４波長板５６、及び１／２波長板５７を有する構造全体が、偏光光学系である。偏光光学系とは、偏光状態を扱う光学系である。偏光状態とは、一般に、直交する偏光面の位相関係をいう。

　ファイバ端５１から出力された変調光は、コリメータレンズ５２により平行光束とされる。コリメータレンズ５２により平行光束とされた変調光は、偏光光学系である１／４波長板５３、１／２波長板５４、偏光ビームスプリッタ５５を通過することによって、偏光状態と強度が調整される。偏光ビームスプリッタ５５を通過した変調光は、さらに、１／４波長板５６、及び１／２波長板５７を通過し、１／２波長板５７を出射した後は楕円偏光となる。楕円偏光となった変調光は、光軸が、タイクロイックミラー５８にて対物レンズ１６方向へ曲げられる。そして、タイクロイックミラー５８にて光軸が曲げられた変調光は、対物レンズ１６、第２支持ガラス１３、及び第１支持ガラス１２を経て、電気光学結晶１１に入射する。変調光は、電気光学結晶１１に対し、その板面に垂直に入射する。

　電気光学結晶１１に入射された変調光は、電気光学結晶１１におけるその変調光が入射された入射面とは反対側の面で反射され、再び入射面から出射される。電気光学結晶１１内で反射されて入射面から出射される変調光は、偏光状態が電気光学結晶１１内の電界（即ち撮像対象１０から放射される電界）に応じて変化した光である。この、電気光学結晶１１内で反射されて入射面から出射される変調光を、以下、検出光と称する。

　電気光学結晶１１に入射された変調光は、電気光学結晶１１内において、信号周波数ｆＲＦの伝達信号が伝達される配線パターン１００から発生する電界によって局所的な偏光状態の変調を受けて、検出光として電気光学結晶１１から出射される。電気光学結晶１１から出射される検出光は、電気光学結晶１１に入射した変調光が、撮像対象１０からの電界強度に比例した偏光成分の一部が位相変調された楕円偏光の光であり、電気光学結晶１１内の電界の局所的強度分布と局所的位相の情報を有する光である。

　電気光学結晶１１に入射される変調光の変調周波数は、光変調周波数ｆＬＯである。これに対し、電気光学結晶１１内で反射されて再び出射される検出光は、入射された変調光に対し、偏光状態が変化している。具体的には、検出光の偏光状態は、撮像対象１０から発生して電気光学結晶１１内に存在している電界の強度、周波数、位相に依存すると同時に電界の平面分布情報も含まれた楕円偏光となっている。

　電気光学結晶１１の時間応答は極めて高速であり、撮像対象１０の発する電磁界の信号周波数ｆＲＦに追随する高い周波数応答性を有し、偏光状態の分布は撮像対象１０の近傍電磁界の信号周波数ｆＲＦにも応答する。

　電気光学結晶１１から出射した楕円偏光の検出光は、前述の偏光光学系の一部、及び結像レンズ５９を経て、ＣＭＯＳイメージセンサ４１へ入射される。ここでいう偏光光学系の一部とは、具体的には、１／２波長板５７と、１／４波長板５６と、偏光ビームスプリッタ５５とを示す。

　電気光学結晶１１から出射する検出光は、後述するように、撮像対象１０の伝達信号の信号周波数ｆＲＦによって偏光成分の一部が位相変調されている。その位相変調された検出光は、前述の偏光光学系の一部を経ることで、強度変調された光に変換される。その強度変調された光に変換された検出光が、結像レンズ５９を経てＣＭＯＳイメージセンサ４１へ入射される。

　ここで強度変調とは、ＣＭＯＳイメージセンサ４１で受光される際の受光光度が、撮像対象の電界強度、周波数、位相を反映して連続的に変化するように変調することを意味する。前述の偏光光学系の一部による強度変調により、電気光学結晶１１から出射された検出光、具体的に撮像対象１０からの電界強度に比例した偏光成分の一部が位相変調された楕円偏光の検出光が、撮像対象１０からの電界強度に比例して光強度が変化するレーザ光に変換される。ここで、偏光ビームスプリッタ５５は、入射された検出光に含まれる二つの偏光成分のうち一方を取り出す役割をもつ。偏光ビームスプリッタ５５によって上方具体的には結像レンズ５９側）へ取り出された偏光成分は、上記強度変調により撮像対象１０の電界強度、周波数、位相が反映された偏光成分である。

　つまり、偏光光学系の一部である、偏光ビームスプリッタ５５、１／４波長板５６、及び１／２波長板５７は、ファイバ端５１から出力された変調光が電気光学結晶１１へ向かって進む過程においては、変調光を楕円偏光に変換する機能を発揮する。一方、偏光ビームスプリッタ５５、１／４波長板５６、及び１／２波長板５７は、電気光学結晶１１から位相変調を受けて出射された楕円偏光の検出光がＣＭＯＳイメージセンサ４１へ向かって進む過程においては、検出光を強度変調された光に変換する機能を発揮する。

　結像レンズ５９は、偏光ビームスプリッタ５５からの検出光をＣＭＯＳイメージセンサ４１上に結像させる。ＣＭＯＳイメージセンサ４１で結像された検出光は、ＣＭＯＳイメージセンサ４１で電気信号に光電変換される。ＣＭＯＳイメージセンサ４１による光電変換後の電気信号は、撮像制御システム４０へ入力される。

　ＣＭＯＳイメージセンサ４１は、検出光を受光して電気信号に光電変換すると、電気信号から特定周波数成分を濾波し、特定周波数の正弦成分と余弦成分を出力する。
　撮像制御システム４０は、画像を表示可能な表示デバイス（例えば液晶ディスプレイ）を備え、ＣＭＯＳイメージセンサ４１から出力された電気信号をもとに、電界が可視化された二次元画像を表示デバイスに出力する。具体的に、撮像制御システム４０は、ＣＭＯＳイメージセンサ４１から入力された電気信号に含まれる特定周波数の正弦成分、余弦成分をもとに、撮像対象の電磁界の強度、位相を算出し、二次元画像データとして出力する。

　撮像制御システム４０は、画素毎に時々刻々と変化する撮像対象の電磁界の位相情報や振幅情報を色相・濃度の変化として表示デバイスに表示させることにより、撮像対象１０からの電磁界の変化を動画像として可視化することが可能である。つまり、撮像制御システム４０は、ある瞬間における撮像対象１０からの電磁界を静止画像として表示させることができるだけでなく、撮像対象１０からの電磁界を動画像として表示させることができる。また、それら画像は、実時間表示させることもできるし、録画して後で確認することもできる。そのため、使用者は、撮像対象１０からの電磁界の発生状態や時間経過に伴う電磁界の変化を、二次元画像を通してリアルタイムに知ることができるし、録画データに基づいて事後的に確認、分析等することもできる。

　電気光学結晶１１に入射した変調光は、電気光学結晶１１の反射膜２１で反射し再び電気光学結晶１１を通過して検出光として出射される。なお、反射膜２１は図１では図示を省略しており、後述する図３に図示されている。撮像対象１０に信号周波数ｆＲＦの信号が伝達されている場合、電気光学結晶１１内を通過する変調光は、信号周波数ｆＲＦの変調を受ける。信号周波数ｆＲＦの変調を受けた変調光である検出光は、前述の偏光光学系の一部及び結像レンズ５９を経てＣＭＯＳイメージセンサ４１へ出力される。そのＣＭＯＳイメージセンサ４１へ入射される検出光には、光変調周波数ｆＬＯ及び信号周波数ｆＲＦの周波数成分に加え、｜ｆＬＯ－ｆＲＦ｜の周波数成分を持つ中間周波数成分が含まれる。

　検出光において｜ｆＬＯ－ｆＲＦ｜の周波数成分を持つ中間周波数成分を発生させるのが、先に述べた偏光光学系である、１／４波長板５３、１／２波長板５４、偏光ビームスプリッタ５５、１／４波長板５６、及び１／２波長板５７である。ファイバ端５１から出射された、周波数ｆＬＯで変調された変調光は、１／４波長板５３、１／２波長板５４、偏光ビームスプリッタ５５で偏光状態、信号強度が調整され、１／４波長板５６及び１／２波長板５７で楕円偏光とされたあと、電気光学結晶１１で周波数ｆＲＦの位相変調を受ける。この位相変調により、検出光には、差周波数成分である｜ｆＬＯ－ｆＲＦ｜の周波数成分をもち且つ位相変調成分をもつ楕円偏光の成分が含まれる。この楕円偏光の成分を含む検出光が、１／２波長板５７、１／４波長板５６及び偏光ビームスプリッタ５５によって、｜ｆＬＯ－ｆＲＦ｜の周波数成分を持つ偏光成分に変換され、結像レンズ５９を経てＣＭＯＳイメージセンサ４１で検出される。この時、偏光光学系及び電気光学結晶１１は、信号周波数ｆＲＦの伝達信号と光変調周波数ｆＬＯの変調光に対する乗算器としての機能を有し、信号周波数ｆＲＦと光変調周波数ｆＬＯとの差周波数である｜ｆＬＯ－ｆＲＦ｜の中間周波数成分を生成する機構として動作する。　

　そのため、観測したい信号周波数ｆＲＦに対して光変調周波数ｆＬＯを調整することで、任意の｜ｆＬＯ－ｆＲＦ｜の中間周波数成分を作り出すことができる。この｜ｆＬＯ－ｆＲＦ｜の中間周波数成分は、撮像対象１０の電界情報を含んでいる。撮像制御システム４０は、｜ｆＬＯ－ｆＲＦ｜の中間周波数成分を、比較的低周波数に調整することで、撮像対象１０の電界情報を含んだ二次元像を得て表示デバイスに表示させることができる。

　電磁界撮像装置１は、テーブル５と、テーブル支持軸６と、位置仰角調整装置７とを備える。テーブル５には、撮像対象１０が載置される。テーブル支持軸６は、テーブル５を支持するための部材である。テーブル５はテーブル支持軸６の一端側に固定されている。テーブル支持軸６の他端は、位置仰角調整装置７に接続されている。位置仰角調整装置７は、床面８の上に置かれている。

　位置仰角調整装置７は、テーブル５の位置（ひいては撮像対象１０の位置）や仰角を調整するための装置である。位置仰角調整装置７は、テーブル支持軸６を、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の３軸方向に個別に移動させることが可能に構成されている。つまり、位置仰角調整装置７は、テーブル５に載置された撮像対象１０を３軸方向に個別に移動させることができる。

　また、位置仰角調整装置７は、テーブル支持軸６を、その他端側を中心としてｘ軸周り及びｙ軸周りにそれぞれ個別に回動させることができる。テーブル支持軸６がｘ軸周りに回動されると、それに伴ってテーブル５もｘ軸周りに回動し、テーブル支持軸６がｙ軸周りに回動されると、それに伴ってテーブル５もｙ軸周りに回動する。

　ここで、テーブル５における撮像対象１０が載置される載置面と、電気光学結晶１１の両板面のうち撮像対象１０と対向する面である対向面とのなす角を、仰角と定義する。また、仰角のうち、ｘ軸周りの角度成分をｘ軸周り仰角と称し、ｙ軸周りの角度成分をｙ軸周り仰角と称する。

　テーブル５がｘ軸周りに回動されると、ｘ軸周り仰角が変化し、テーブル５がｙ軸周りに回動されると、ｙ軸周り仰角が変化する。
　回路基板上に敷設された配線パターン１００からの電界を配線パターン１００全体に渡って高精度に撮像するためには、配線パターン１００が敷設された回路基板の板面と、電気光学結晶１１の対向面とが、平行になるようにすることが望ましい。つまり、仰角が０度になるようにすることが望ましい。

　本実施形態の電磁界撮像装置１は、初期状態においてテーブル５の載置面と電気光学結晶１１の対向面とが平行になるように構成されている。そのため、設計上は、初期状態においては撮像対象１０の板面と電気光学結晶１１の対向面とが平行になる。しかし、実際には、テーブル５に撮像対象１０を載置した場合に、種々の要因によって、撮像対象１０の板面と電気光学結晶１１の対向面とが平行になっていない場合も予想される。

　これに対し、本実施形態では、位置仰角調整装置７が、前述のようにテーブル５をｘ軸周り及びｙ軸周りに回動させることによって仰角を調整できるように構成されている。そのため、仮に、撮像対象１０の板面と電気光学結晶１１の対向面とが平行になっていなくても、位置仰角調整装置７によってｘ軸周り及びｙ軸周りの仰角が０度になるように調整することができる。

　電気光学結晶１１は、図１及び図２に示すように、両板面のうち対向面とは反対側の入射面側において第１支持ガラス１２に支持される。第１支持ガラス１２は第２支持ガラス１３に支持されている。そして、図１及び図３に示すように、第２支持ガラス１３が、中空円板状のホルダ底板１４に載置されている。

　より詳しくは、図３に示すように、電気光学結晶１１の対向面には、レーザ光源４３からの変調光を反射させる反射膜２１が設けられている。電気光学結晶１１に入射した変調光は、撮像対象１０側へ透過することなく反射膜２１により反射して、入射してきた方向へ出射される。

　また、電気光学結晶１１の入射面には、レーザ光源４３からの変調光の反射を抑制するための反射防止膜２２が設けられている。電気光学結晶１１は、図３に示すように、反射防止膜２２を介して第１支持ガラス１２に取り付けられている。また、第２支持ガラス１３の上面にも、レーザ光源４３からの変調光の反射を抑制するための反射防止膜２３が設けられている。なお、図示はされていないが、第１支持ガラス１２と第２支持ガラス１３を一体化した際、第１支持ガラス１２と第２支持ガラス１３の境界で変調光が反射する場合は、第１支持ガラス１２と第２支持ガラス１３の境界に反射防止膜を設けてもよい。

　ホルダ底板１４は、ホルダ本体１５に対して着脱可能に構成されている。図１は、ホルダ底板１４がホルダ本体１５に装着されている状態を示している。また、ホルダ本体１５には、対物レンズ１６がねじ込み固定される。

　ホルダ底板１４及びホルダ本体１５は、非金属の素材、例えばナイロンによって形成されている。ホルダ底板１４及びホルダ本体１５の材質は、電界撮像時における低侵襲性を維持するために、絶縁体であること、より詳しくは誘電率ができるだけ小さい絶縁体であることが望ましい。

　なお、偏光用光学部材として磁気光学結晶を用いて磁界を撮像する際には、ホルダ底板１４及びホルダ本体１５の素材が非磁性体であることが好ましい。ホルダ底板１４及びホルダ本体１５の素材を非磁性体とすることで、磁界撮像時においても低侵襲性を確保できる。ナイロンは、絶縁体であって且つ非磁性体でもある。そのため、ナイロン製の底板１４及びホルダ本体１５は、電界撮像及び磁界撮像の双方で共用できる。

　図４に示すように、ホルダ本体１５は、全体として円筒形状である。ホルダ本体１５は、上面中央部に、対物レンズ１６を支持するための支持穴１５ａが形成されている。この支持穴１５ａの内周面には、ねじ溝が形成されている。また、対物レンズ１６の外周には不図示のねじ山が形成されている。そのため、対物レンズ１６が支持穴１５ａにねじ込まれることによって、対物レンズ１６がホルダ本体１５に固定される。

　図４に示すように、ホルダ本体１５は、下面側が開口されており、この下面側においてホルダ底板１４を着脱可能に構成されている。ホルダ底板１４は、中空円板状の形状を備える。ホルダ底板１４は、図３及び図４に示すように、第２支持ガラス１３の外周端を支持するための支持凹部１４ａが形成されている。

　第２支持ガラス１３は、ホルダ底板１４に対して固着されず、単に、ホルダ底板１４の支持凹部１４ａに載置された状態で支持される。つまり、電気光学結晶１１、第１支持ガラス１２、及び第２支持ガラス１３を含む１つの構成物（以下、「結晶ブロック」と称する）は、ホルダ底板１４に対して固着されず、単に、ホルダ底板１４の支持凹部１４ａに載置された状態で支持される。

　そのため、結晶ブロックがホルダ底板１４に載置された状態においては、結晶ブロックは、ｘ軸方向及びｙ軸方向の動きは概ね規制されるものの、ｚ軸方向上側（図４の上方向）への動きは規制されない。つまり、結晶ブロックは、当該結晶ブロックに対してｚ軸方向上側への外力が加わった場合に、ホルダ底板１４からｚ軸方向上側へ離れて移動することができる。

　なお、図１，図２，図４では、図３に示した反射膜２１及び各反射防止膜２２，２３については図示を省略している。
　ホルダ底板１４の支持凹部１４ａには、図１、図３、図４に示すように、当該支持凹部１４ａを垂直方向に貫通するように３つのねじ穴１４ｂが形成されている。具体的に、中空円板状の支持凹部１４ａにおいて、周方向に所定の角度間隔（例えば１２０度間隔）で３つのねじ穴１４ｂが形成されている。

　これら３つのねじ穴１４ｂには、支持凹部１４ａの下面側からねじ１８が螺入される。各ねじ１８のねじ軸の長さは、支持凹部１４ａの垂直方向厚さよりも長い。そのため、ねじ１８がねじ穴１４ｂに完全に螺入されると、支持凹部１４ａの上面からねじ１８の先端が一定長突出した状態となる。

　支持凹部１４ａの上面からのねじ１８の突出量は、ねじ１８ごとに個別に調整されることができ、ゼロとされることもできる。支持凹部１４ａの上面からねじ１８が突出すると、ねじ１８の先端が第２支持ガラス１３に当接して、ねじ１８が第２支持ガラス１３を支持凹部１４ａの上面から浮き上がらせる。

　そのため、支持凹部１４ａの上面からのねじ１８の突出量がねじ１８ごとに個別に調整されることで、第２支持ガラス１３の傾き（ひいては電気光学結晶１１の傾き）が調整される。これにより、電気光学結晶１１と光学系の位置関係の調整が可能となる。即ち、変調光が電気光学結晶１１に垂直に入射されるように微調整されることができる。

　なお、本実施形態では、ホルダ底板１４に３つのねじ穴１４ｂが形成されている例を示したが、ねじ穴１４ｂの数は３つに限定されない。電気光学結晶１１の水平調整、即ち電気光学結晶１１の板面に対して変調光が垂直に入射されるようにするための調整を、適切に行うことができる限り、ねじ穴の数やねじ穴の位置は特に限定されるものではない。

　電気光学結晶１１における対向面の四隅には、図４に示すように、所定の形状（例えば円形）の結晶側マーカ２５が付加されている。一方、撮像対象１０を構成する回路基板の四隅にも、所定の形状（例えば円形）の対象側マーカ１０１が付加されている。なお、結晶側マーカ２５及び対象側マーカ１０１は、撮像時にｚ軸方向において重なることがないような位置に付加されている。これらマーカ２５，１０１は、後述するように、電気光学結晶１１と撮像対象１０とを平行な状態で密着させるための密着平行度調整が行われる際に利用される。

　ここで、結晶ブロックを構成する電気光学結晶１１及び各支持ガラス１２，１３の垂直方向（ｚ軸方向）の寸法について、図３を参照して説明する。本実施形態では、第１支持ガラス１２の垂直方向寸法Ｄｈ１は例えば３ｍｍであり、第２支持ガラス１３の垂直方向寸法Ｄｈ２は例えば１ｍｍである。

　また、電気光学結晶１１の垂直方向寸法である結晶厚さＤｔは、例えば０．０１ｍｍである。これに対し、撮像対象１０の配線パターン１００における隣接するパターン間の間隔Ｄｇｉ（図７参照）のうち最も小さい間隔である最小空隙間隔Ｄｇｍは、例えば０．０１ｍｍである。

　本実施形態では、電気光学結晶１１の結晶厚さＤｔが、撮像対象１０の最小空隙間隔Ｄｇｍの１．２倍以下の範囲内に設定されている。つまり、撮像対象１０の最小空隙間隔Ｄｇｍが例えば０．０１ｍｍであるならば、電気光学結晶１１の結晶厚さＤｔは、０．０１２ｍｍ以下の範囲内に設定される。換言すれば、撮像対象１０の最小空隙間隔Ｄｇｍを撮像対象１０の最小分解能としたとき、電気光学結晶１１の結晶厚さＤｔは、撮像対象１０の最小分解能の１．２倍以下の範囲内に設定する必要がある。このように、本実施形態では、電気光学結晶１１が、撮像対象の最小空隙間隔Ｄｇｍを基準（即ち最小分解能を基準）とした薄板状の形状を備えることで、撮像結果として得られる電界分布の高分解能化が実現されている。

　電磁界撮像装置１は、図１に示すように、撮像対象１０をｚ軸方向に光学的に撮影するための構成も有する。具体的に、電磁界撮像装置１は、ＬＥＤ照明３０と、絞り３１と、レンズ３２と、ハーフミラー３３と、カメラ３５とを備える。ＬＥＤ照明３０は、撮像対象１０を照らすための光を射出する。

　ＬＥＤ照明３０から射出された光は、絞り３１、レンズ３２、ハーフミラー３３、ダイクロイックミラー５８、対物レンズ１６、及び各支持ガラス１２，１３を経て、電気光学結晶１１に照射される。さらにその光は、電気光学結晶１１を透過して撮像対象１０にも到達する。ここで、反射膜２１は、ＬＥＤ照明３０からの光の波長帯域に対しては反射膜としては機能しない。そのため、ＬＥＤ照明３０からの光は、反射膜２１を透過して撮像対象１０に到達する。

　これにより、撮像対象１０が対物レンズ１６を介して視認可能となり、撮像対象１０の画像がハーフミラー３３を介してカメラ３５で撮影される。カメラ３５で撮影された画像データは、撮像制御システム４０へ入力される。撮像制御システム４０は、カメラ３５から入力された画像データに基づき、カメラ３５で撮影された撮像対象１０の画像を表示デバイスに表示させることができる。また、撮像制御システム４０は、カメラ３５で撮影された光学像に、ＣＭＯＳイメージセンサ４１で撮像した電界映像、磁界映像を重畳させて表示デバイスに表示することもできる。

　ここで、図４に示したように、電気光学結晶１１における対向面の四隅にはそれぞれ結晶側マーカ２５が付加され、撮像対象１０を構成する回路基板の四隅にはそれぞれ対象側マーカ１０１が付加されている。これらマーカ２５、１０１もカメラ３５で撮影され、画像表示させて確認することができる。

　本実施形態では、電気光学結晶１１の位置が、電気光学結晶１１がカメラ３５で撮影された場合に電気光学結晶１１の４つの結晶側マーカ２５がいずれもピントが合った状態で表示デバイスに表示されるように調整されている。よって、撮像対象１０の４つの対象側マーカ１０１についても、カメラ３５で撮影された場合にいずれもピントが合った画像が得られれば、電気光学結晶１１と撮像対象１０とが、密着した状態か若しくはわずかに離れた状態であって且つ平行な状態になっていると言える。

　一方、電気光学結晶１１の４つの結晶側マーカ２５がいずれもピントが合った状態となっているのに対して、撮像対象１０の４つの対象側マーカ１０１のうち少なくとも１つが他と比較してピントの合い方が異なっている場合は、電気光学結晶１１と撮像対象１０とが平行な状態になっていないか若しくは両者の離間距離が大きい状態にあると言える。

　そこで、本実施形態では、使用者は、各マーカ２５、１０１のピントの合い方をカメラ３５で撮影して確認しながら、電気光学結晶１１と撮像対象１０との密着平行度調整を行うことができる。具体的に、使用者は、カメラ３５の撮影画像において各結晶側マーカ２５及び各対象側マーカ１０１のいずれもピントが合った状態となるように、位置仰角調整装置７によって撮像対象１０を電気光学結晶１１に近づけて行くことで、電気光学結晶１１と撮像対象１０とを平行状態で密着した状態にすることができる。なお、使用者は、カメラ３５の代わりにＣＭＯＳイメージセンサ４１を光学撮影モードとして使用することで、ＣＭＯＳイメージセンサ４１による撮像画像によっても、ピント調整を行うことが可能である。

　なお、位置仰角調整装置７の動作は、例えば、当該位置仰角調整装置７に対する直接的な操作によって制御できるようにしてもよい。また例えば、位置仰角調整装置７と撮像制御システム４０とが電気的に接続され、撮像制御システム４０が、カメラ３５の撮影画像から、電気光学結晶１１の下面にある各結晶側マーカ２５と撮像対象１０の各対象側マーカ１０１の焦点の一致度を自動判断することにより、位置仰角調整装置７を自動制御してもよい。

　また、電気光学結晶１１において、対向面に付加する結晶側マーカ２５の数や形状、位置などは適宜決めてもよい。撮像対象１０の対象側マーカ１０１についても、その数や形状、位置などは適宜決めてもよい。

　（２）光学系全体の解像度に関する補足説明
　ここで、本実施形態の電磁界撮像装置１の解像度について、図５及び図６を用いて補足説明する。図５は、電気光学結晶１１とＣＭＯＳイメージセンサ４１との間に介在する光学系の構成を模式的に１つのレンズ５０として簡略化した光学モデルである。

　この光学モデルの理論分解能を、図６に示す。図６において、横軸は、光学系の光路が理想状態からずれた場合の光路偏差を示す。横軸ゼロの点は、光学系が理想的な光路で結合した状態を意味する。図６の縦軸は光学系の解像度である。

　図６において、「Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ」と表記されている破線は、回折限界を示し、本実施形態では例えば０．６１λ／ＮＡとなる。図１に示す本実施形態の電磁界撮像装置１における光学系では、回折限界は約１０μｍとなる。焦点ボケ、即ちピントの不一致は、レンズ５０と電気光学結晶１１までの距離ｄ１の偏差（図６中の「Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ」と表記されている一点鎖線）に比例し、且つ、レンズ５０とイメージセンサ４１までの像距離ｄ２の偏差（図６中の「Ｉｍａｇｅ」と表記されている点線）にも比例する。この場合、ｄ２の偏差よりもｄ１の偏差の方が支配的となる。光学系全体の解像度は、上記３者の合成（即ち破線、一点鎖線及び点線の３つの特性の合成）となり、図中実線で示されている。この図から明らかなように、光学系全体の解像度は、距離ｄ１の偏差が最も支配的となる。

　本実施形態の電磁界撮像装置１では、レーザ光源４３から各種光学素子やレンズを経てＣＭＯＳイメージセンサ４１へ至る光学系全体が、撮像対象１０からの電磁界を撮像するための十分な分解能、精度を持っている。すなわち、図６において距離の偏差がほぼない（つまり横軸が０若しくは０に近い）状態となっている。

　（３）電界撮像例
　図８に、本実施形態の電磁界撮像装置１を用いて撮像対象１０からの電界分布を撮像した結果の一例を示す。図８は、ｚ軸方向電界成分のみを撮像可能に構成された電気光学結晶を用いて撮像した場合の撮像結果を示している。図８は、図７に示す配線パターン１００に伝達信号を給電した場合の電界撮像結果の一例である。

　なお、撮像を行う際には、撮像開始前に、前述の通り、密着平行度調整を行って、電気光学結晶１１を撮像対象１０に対して平行且つ密着させた状態にする。
　図７に示すように、撮像対象１０に形成された配線パターン１００は、線幅ＤＬ＝１０μｍの配線が２．０ｍｍずつ折り返しながらＤｇｉの間隔で敷設された構成となっている。隣接する線路間の間隔Ｄｇｉの最小値である最小空隙間隔Ｄｇｍは、１０μｍである。なお、図８の結果は、結晶厚さＤｔが１０μｍの電気光学結晶１１を利用した場合の結果である。

　図８においては、明暗が濃いほど電界強度が弱く、逆に明暗が薄いほど電界強度が強いことを示している。図８から明らかなように、配線パターン１００に沿ってその直上の電界分布が高い分解能で観測されている。

　図９は、比較用として、結晶厚さＤｔが３５０μｍと厚い電気光学結晶を用いた場合の撮像結果の一例を示す。図９から明らかなように、配線パターン１００の最小空隙間隔Ｄｇｍに対して結晶厚さＤｔが相対的に大きい場合、配線パターン直上の電界だけでなく、さらにそのｚ軸方向上部の電界まで積算された結果が観測され、よって、配線パターン１００直上の電界分布が精度良く得られない。

　（４）結晶厚さＤｔと隣接する配線の電界の分解能との関係
　結晶厚さＤｔと配線の空隙間隔との関係について、図１０を用いて補足説明する。図１０に示すように、結晶厚さＤｔの検証用の撮像対象として、並走する２つの配線１００ａ、１００ｂを有する撮像対象を用意する。そして、その撮像対象上に、結晶厚さＤｔの電気光学結晶１５０を配置する。なお、２つの配線１００ａ，１００ｂの線幅は１μｍであり、これら各配線１００ａ，１００ｂの間の間隔（即ち空隙間隔）は１μｍである。

　図１０は、電気光学結晶１５０の結晶厚さＤｔを異なる６種類に変化させた場合のそれぞれのｚ軸方向電界成分の分布をシミュレーションした例を示す。なお、図１０は、各配線１００ａ，１００ｂに同相の伝送信号を印加した場合の撮像結果を示している。図１０の結果に基づき、等間隔に並走している各配線１００ａ，１００ｂの双方の電界強度を分離して検出するために必要な結晶厚さＤｔについて検証する。

　各配線１００ａ，１００ｂに同相の伝送信号を印加した場合、各配線１００ａ，１００ｂ上の電界強度は同相に変化する。結晶厚さＤｔが厚くなると、各配線１００ａ，１００ｂの直上の電界だけでなく、各配線１００ａ，１００ｂの直上よりもさらにｚ軸方向上方の空間に広がった電界まで検知されてしまう。そのため、結晶厚さＤｔが厚くなると、配線の有無による信号強比が十分とれなくなる。

　各配線１００ａ、１００ｂからの電界を個別に精度良く検出するためには、各配線１００ａ、１００ｂの間のギャップ領域における中央部の電界強度の検出値が、各配線１００ａ，１００ｂ上の電界強度の検出値の半分以下であることが望ましい。図１０の例では、結晶厚さＤｔが１．２μｍ以下の場合に、ギャップ領域中央部の電界強度の検出値が、各配線１００ａ，１００ｂ上の電界強度の検出値の半分以下となっている。

　つまり、配線の空隙間隔が１μｍの場合には、結晶厚さＤｔは１．２μｍ以下とするのが好ましい。このことから、結晶厚さＤｔは、撮像対象における最小空隙間隔Ｄｇｍの１．２倍以下とするのが好ましく、より好ましくは最小空隙間隔Ｄｇｍ以下にするとよい。

　（５）第１実施形態の効果
　以上説明した第１実施形態によれば、電気光学結晶１１が撮像対象１０に対して相対的に垂直方向に移動可能に構成されている。つまり、電気光学結晶１１を撮像対象１０に近接させていくことで撮像対象１０に当接してそれにより撮像対象１０からｚ軸方向の外力を受けた場合に、その外力の方向へ移動できるような構造となっている。そのため、電気光学結晶１１と撮像対象１０とを相対的に密着させる際に両者が当接しても、その当接により電気光学結晶１１が破損するのを抑制できる。

　しかも、電気光学結晶の板厚である結晶厚さＤｔは、配線の最小空隙間隔Ｄｇｍの１．２倍以下であるため、配線を含む撮像対象からの電磁界分布を高い分解能且つ低侵襲性で撮像してその撮像結果を画像表示することができる。特に，本実施形態では、撮像結果を静止画として表示させることができるのに加え、動画像として表示させることもできる。そのため、電磁界の時系列的変化を高い精度で観測することができる。

　また、本第１実施形態では、電気光学結晶１１が、各支持ガラス１２，１３で支持され、且つ第２支持ガラス１３が非金属（本実施形態ではナイロン）のホルダ底板１４及びホルダ本体１５によって支持されている。つまり、電気光学結晶１１は、撮像対象１０から発生する電界の分布に影響を与えない（或いはその影響が小さい）素材によって支持されている。そのため、撮像対象１０からの電磁界を低侵襲性にて撮像することができる。

　また、本第１実施形態の電磁界撮像装置１は、撮像対象１０と電気光学結晶１１との相対的位置関係を自在に調整できる。具体的に、本実施形態では、テーブル５をｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向に移動させることができると共に、ｘ軸周り仰角及びｙ軸周り仰角もそれぞれ個別に調整できる。そのため、撮像対象１０を電気光学結晶１１に平行な状態で密着させるための密着平行度調整を容易に行うことができる。

　ここで、電磁界撮像装置１は本開示の電磁界撮像装置の一例に相当する。レーザ光源４３は本開示の変調光出力部の一例に相当する。各支持ガラス１２，１３は本開示の第１の支持部材の一例に相当する。反射膜２１は本開示の反射部材の一例に相当する。ホルダ底板１４は本開示の第２の支持部材の一例に相当する。ＣＭＯＳイメージセンサ４１は本開示の光電変換部の一例に相当する。撮像制御システム４０は本開示の撮像処理部の一例に相当する。偏光光学系は本開示の偏光処理部の一例に相当する。位置仰角調整装置７は本開示の移動部、移動制御部、及び可動機構の一例に相当する。

　［第２実施形態］
　電気光学結晶の他の構成例を、第２実施形態として説明する。前述の第１実施形態では、電気光学結晶として、同じ１つの結晶を薄板状に形成した電気光学結晶１１を例示した。本第２実施形態では、電界に対する感度方向が異なる複数の結晶を有する構造の電気光学結晶を例示する。

　図１１に示すように、本第２実施形態の電気光学結晶７０は、全体としては両面四角形の薄板形状であるが、より詳しくは、細長形状の複数の結晶部がｘ軸方向に短冊状に配列された配列構造となっている。具体的に、ｘ軸方向に配列された３つの結晶部、即ちｘ軸方向結晶部７０ｘ、ｙ軸方向結晶部７０ｙ、及びｚ軸方向結晶部７０ｚ、を１つの単位構造として、この単位構造がｘ軸方向に４つ配列された構成となっている。なお、このように単位構造が４つ配列された配列構造は一例であって、撮像したい領域に応じ電気光学結晶７０の短冊の形状、配列状態は適宜組み合わせるようにしてもよい。例えば、撮像対象に応じて、短冊の形状を変えてもよい、また、異なる形状の短冊を組み合わせたり、電気光学結晶、磁気光学結晶など、異なる特性の材料を組み合わせてもよい。

　ｘ軸方向結晶部７０ｘ、ｙ軸方向結晶部７０ｙ、及びｚ軸方向結晶部７０ｚの各結晶部の寸法形状は同じである。なお、各結晶部７０ｘ，７０ｙ，７０ｚのｘ軸方向の長さを、規定長Δｄと称する。

　各結晶部７０ｘ，７０ｙ，７０ｚは、いずれも同じ組成の結晶であり、本実施形態では前述の通りＺｎＴｅであるが、電界に対する感度方向がそれぞれ異なる。即ち、ｘ軸方向結晶部７０ｘは、当該ｘ軸方向結晶部７０ｘ内の電界のうちｘ軸方向の成分であるｘ軸方向電界成分に対する感度が最も高く、ｙ軸方向電界成分及びｚ軸方向電界成分に対する感度はないか若しくは非常に低い。なお、ここでいう感度は、撮像対象の電界強度Ａと、ＰＢＳ後、即ち偏光ビームスプリッタ通過後の強度変調された光の振幅Ｂとの比率である、Ｂ／Ａで定義される。なお、ＰＢＳとは、偏光ビームスプリッタを意味する「Polarization beam splitter」の略称である。

　なお、各結晶部７０ｘ，７０ｙ，７０ｚがいずれも同じ組成の結晶であることは必須ではなく、各結晶部７０ｘ，７０ｙ，７０ｚの少なくとも１つが他とは異なる組成であってもよい。

　ｙ軸方向結晶部７０ｙは、当該ｙ軸方向結晶部７０ｙ内の電界のうちｙ軸方向の成分であるｙ軸方向電界成分に対する感度が最も高く、ｘ軸方向電界成分及びｚ軸方向電界成分に対する感度はないか若しくは非常に低い。ｚ軸方向結晶部７０ｚは、当該ｚ軸方向結晶部７０ｚ内の電界のうちｚ軸方向の成分であるｘ軸方向電界成分に対する感度が最も高く、ｘ軸方向電界成分及びｙ軸方向電界成分に対する感度はないか若しくは非常に低い。

　電気光学結晶として、例えば、全体としてｘ軸方向電界成分に対する感度のみが高くて他の２軸成分に対する感度が低いものを用いると、ｘ軸方向の電界成分については適切に検出できるものの他の２軸成分については検出光に反映されにくくなり、ｘ軸方向電界成分の分布が相対的に強く表れた、実体とは異なる結果が得られてしまう。

　そこで本実施形態では、図１１に示すように、電気光学結晶７０が、ｘ軸方向結晶部７０ｘ、ｙ軸方向結晶部７０ｙ及びｚ軸方向結晶部７０ｚが一定方向（例えばｘ軸方向）に周期的に配列された構造となっている。この電気光学結晶７０を用いた撮像対象１０の撮像は、後述するように、ｘ軸方向に規定長Δｄずつ異なる３箇所で行われる。そして、それら３箇所の撮像結果が合成されることで、撮像対象１０全体の電界分布が適切に得られる。

　図１１の電気光学結晶７０を用いて撮像対象１０を撮像するための電磁界撮像装置を、図１２に示す。図１２に示す電磁界撮像装置８０は、図１に示した第１実施形態の電磁界撮像装置１と比較して、１／２波長板５７及び１／４波長板５６の代わりに空間偏光コントローラ８１を設けている点が異なる。

　図１１の電気光学結晶７０のｘ軸方向結晶部７０ｘ、ｙ軸方向結晶部７０ｙ、及びｚ軸方向結晶部７０ｚは、短冊形状毎に異なる。そのため、撮像画像を得るためには、図１の１／２波長板５７及び１／４波長板５６に代えて、検出光の偏光状態を短冊領域ごとに制御してＣＭＯＳイメージセンサ４１で光強度変調信号として検出できるようにするための偏光光学系を用意する必要がある。これを実現するのが空間偏光コントローラ８１である。

　空間偏光コントローラ８１は、具体的には、当該空間偏光コントローラ８１内において、電気光学結晶７０におけるｘ、ｙ、ｚ各軸結晶部の光路に相当する領域毎に、異なる偏光コントローラが配列された構造となっている。すなわち、空間偏光コントローラ８１は、短冊上に配列された各結晶部毎にその結晶部に対応した偏光光学系が組み合わされた構造となっている。

　一方、上記構成の空間偏光コントローラ８１を固定空間偏波コントローラとした場合、この固定空間偏波コントローラとは別の構成の空間偏波コントローラを構成することもできる。例えば、液晶素子等で電気的に偏光状態を制御できる構成の空間偏波コントローラを用いることもできる。そのような構成の空間偏波コントローラを用いれば、任意の短冊形状の各結晶部ごとに偏光状態を調整でき、電気光学結晶７０を異なる形状のものに変更する度に空間偏光コントローラを交換する必要がなくなる。このような動的空間偏光コントローラを用いてもよい。

　図１１に示した短冊形状の電気光学結晶７０を用いて電磁界撮像装置８０により撮像対象１０からの電界を撮像する際の流れの概要を、図１３を用いて説明する。
　なお、撮像を開始する前に、撮像作業者は、前述の通り、密着平行度調整を行って、電気光学結晶７０を撮像対象１０に対して平行且つ密着させた状態にする。

　図１３に示すように、撮像が開始されると、Ｓ１１０で、撮像制御システム４０が、撮像対象１０における観測面全体の電界分布を撮像する。即ち、撮像制御システム４０は、レーザ光源４３から変調光を出力させ、ＣＭＯＳイメージセンサ４１からの電気信号に基づいて、撮像対象１０の電界分布を撮像する。

　Ｓ１２０では、撮像制御システム４０が、電気光学結晶７０を構成するｘ軸方向結晶部７０ｘ、ｙ軸方向結晶部７０ｙ及びｚ軸方向結晶部７０ｚの配列周期に基づいて、Ｓ１１０で得られた電界分布を、ｘ軸方向電界成分、ｙ軸方向電界成分、及びｚ軸方向電界成分の各領域に弁別して保存する。

　Ｓ１３０では、撮像制御システム４０が、Ｓ１１０で１回目の撮像を行った初期状態から撮像対象１０が規定長Δｄの２倍の距離移動されたか否か判断する。まだ規定長Δｄの２倍の距離移動されていない場合は、Ｓ１４０で、位置仰角調整装置７に、撮像対象１０を規定長Δｄだけｘ軸方向に移動させる。Ｓ１４０の処理後はＳ１１０に戻る。Ｓ１３０で、撮像対象１０が規定長Δｄの２倍の距離移動された場合は、Ｓ１５０に進む。

　Ｓ１５０に進んだ時点では、ｘ軸方向にΔｄずつ異なる３箇所の位置においてそれぞれ電界が撮像されてその結果が保存された状態となっている。つまり、撮像対象１０のほぼ全領域において、ｘ、ｙ、ｚ各軸の電界成分が個別に得られた状態となっている。

　Ｓ１５０では、撮像制御システム４０が、それら３箇所で保存された各軸電界成分を合成し、各成分を電界分布として表示デバイスに表示させる。
　図１１に示した構造の電気光学結晶７０を用いても、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

　特に、本第２実施形態では、電気光学結晶７０が、ｘ、ｙ、ｚ各方向に最大感度を有する各結晶部が周期的に配列された構造となっている。そのため、それらの配列間隔である規定長Δｄずつｘ軸方向にずらしながら電界分布を撮像することで、撮像対象１０のほぼ全面において、３軸の各電界成分が合成された電界分布を得ることができる。なお、本第２実施形態における有効な撮像領域は、第１実施形態におけるｘ軸方向の有効撮像エリアよりも２Δｄだけ小さい領域となる。なお、本計測には２Δｄの移動のための時間が必要となるが、移動に要する時間も非常に短く、条件によっては１秒以下にすることも可能である。そのため、計測に要する時間待ちはほとんどなく撮像結果を表示できる。

　ここで、図１１に示すように構成された本実施形態の電気光学結晶７０を用いて電界を撮像する方法の別の例について説明する。本実施形態の電気光学結晶７０は、図１１に示すように、細長形状の複数の結晶部がｘ軸方向に短冊状に配列された構成となっている。具体的に、ｘ軸方向結晶部７０ｘ、ｙ軸方向結晶部７０ｙ、及びｚ軸方向結晶部７０ｚの３つの結晶部からなる単位構造がｘ軸方向に４つ配列された構成となっている。

　ここで、各結晶部のｘ軸方向の幅である規定長Δｄは、撮像光学系の分解能に対して小さい値とする。そして、このように規定長Δｄが決められた電気光学結晶７０を用いて、撮像を実施する。この場合、撮像対象エリアをＣＭＯＳイメージセンサ４１で撮像したとき、１つの単位構造の領域内で得られた、ｘ軸方向結晶部７０ｘによるｘ軸方向電界成分、ｙ軸方向結晶部７０ｙによるｙ軸方向電界成分、及びｚ軸方向結晶部７０ｚによるｚ軸方向電界成分、の各電界成分を１つの単位構造内での撮像結果として近似することができる。

　具体的に、光学系、ＣＭＯＳイメージセンサ４１は短冊の規定長Δｄを十分判別できる分解能を持つため、撮像結果に対し、ｘ軸方向結晶部７０ｘ、ｙ軸方向結晶部７０ｙ、及びｚ軸方向結晶部７０ｚによる撮像結果を示す撮像エリアの対応づけを行う。そして、撮像制御システム４０の表示デバイスにｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各電界成分を表示する際は、電気光学結晶７０の規定長Δｄから、１つの単位構造の幅である３Δｄ相当の領域に解像度を落として表示領域を用意する。そして、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各電界成分をそれぞれ３Δｄ間隔で表示領域に再割り振りし、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各電界成分を再構築して画像表示する。これにより、撮像対象１０を移動させることなく、一度の撮像によって、各電界成分、さらには電界ベクトルを撮像可能となる。

　なお、ｘ軸方向結晶部７０ｘは本開示のｘ軸方向光学部の一例に相当する。ｙ軸方向結晶部７０ｙは本開示のｙ軸方向光学部の一例に相当する。ｚ軸方向結晶部７０ｚは本開示のｚ軸方向光学部の一例に相当する。空間偏光コントローラ８１及び偏光ビームスプリッタ５５は本開示の偏光処理部の一例に相当する。

　［他の実施形態］
　以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

　（１）上記各実施形態では、偏光用光学部材として電気光学結晶を用いた例を示したが、電気光学結晶に代えて磁気光学結晶を用いることで、撮像対象１０から発生する磁界の分布を撮像できるようにしてもよい。その場合も、電界撮像時と同様、高い分解能と低侵襲性にて、磁界分布の二次元画像を得ることができる。

　（２）上記実施形態では、撮像対象１０側を動かすことで密着平行度調整を行うことが可能に構成されていたが、逆に、撮像対象１０は固定させ、電気光学結晶を含む光学系全体を動かすことで密着平行度調整を行うことが可能であってもよい。或いは、電気光学結晶側及び撮像対象１０側の双方を動かすことができてもよい。

　また、電気光学結晶と撮像対象１０との密着平行度調整を行う方法は、上述した各マーカ２５，１０１を用いた方法に限定されない。例えば、電気光学結晶については上記実施形態と同様に各マーカ２５を用いてピント合わせを行い、撮像対象１０については例えば配線パターン１００を用いてピント合わせを行うようにしてもよい。その場合、配線パターン１００が全体としてピントが合った状態で撮影されれば、電気光学結晶と撮像対象１０とが平行な状態で密着していると判断できる。また、マーカを用いない他の方法、或いはカメラ３５自体を用いない他の方法によって密着平行度調整を行うようにしてもよい。

　（３）電気光学結晶が各支持ガラス１２，１３で支持されることはあくまでも一例である。ガラス以外の、光を透過可能な他の物質で電気光学結晶が支持されてもよい。より具体的には、透明な物質、即ち入射した光が物質の内部で反射、屈折、回折、散乱等しないような性質の他の物質で電気光学結晶が支持されてもよい。

　（４）偏光用光学部材の板面形状が四角形状であることは必須ではない。四角形以外の他の形状の板面形状を有する偏光用光学部材を用いてもよい。例えば、四角形以外の他の多角形状であってもよいし、円形状の薄板形状であってもよい。

　また、電界に対する感度方向が異なる複数の結晶部により構成される偏光用光学部材として、図１１に示した電気光学結晶７０のような、ｘ、ｙ、ｚ３軸それぞれの感度方向を持つ結晶部を周期的に配列した構造はあくまでも一例である。各軸結晶部をそれぞれどのように配置するかについては適宜決めてもよい。また、ｘ、ｙ、ｚ３軸の結晶部を有することは必須ではなく、例えば何れか２軸の結晶部のみを有していてもよい。また、撮像対象が特定方向成分（例えばｘ軸成分）のみでよい場合は、その特定方向の感度が最も強い結晶部のみからなる偏光用光学部材を用いて撮像してもよい。

　（５）上記実施形態では、撮像対象として、図４、図７に例示した配線パターン１００を含む回路基板を示したが、これはあくまでも一例である。本開示の電磁界撮像装置は、電気信号を伝達する配線を含む各種の撮像対象についてその電磁界の分布を撮像することができる。例えば、配線以外の他の導体パターンが形成された回路基板や、各種電子部品が搭載された回路基板などを撮像対象として、それら導体パターンや各種電子部品からの電磁界を撮像することもできる。さらには、配線以外の撮像対象（例えば実装された部品）からの電磁界の撮像も可能である。

　撮像対象が配線以外の場合、結晶厚さＤｔは、例えば、撮像対象中における隣接する導体パターン間の間隔の最も小さい間隔の１．２倍以下にするとよい。或いは、撮像対象中に電子部品と導体パターンがある場合は、電子部品と導体パターンの間隔の最も小さい値の１．２倍以下にしてもよいし、隣接する電子部品間の間隔の最も小さい値の１．２倍以下にしてもよい。

　必要な最小分解能は、撮像対象の構成や撮像目的に依存する。よって、結晶厚さＤｔは、撮像対象の構成や撮像目的に応じて要求される最小分解能に基づき、その最小分解能に相当する長さの１．２倍以下の範囲内で適宜決定すればよい。

　（６）その他、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 

Claims (8)

1. 　少なくとも配線（１００）を含む撮像対象（１０）から発生する、電界又は磁界である電磁界を撮像するように構成された電磁界撮像装置であって、
   　特定の変調周波数で変調された変調光を出力可能に構成された変調光出力部（４３）と、
   　電気光学効果又は磁気光学効果を有する板状の部材であって、両板面のうち一方の板面である対向面が前記撮像対象に対向するよう、且つ、前記変調光出力部から出力された前記変調光が、両板面のうち他方の板面である入射面に対して垂直方向に入射されるように配置され、当該部材内に前記電磁界が存在している場合に当該部材に入射された前記変調光の偏光状態及び位相が前記電磁界の印加によって変化して、その変化後の変調光である検出光が出射されるように構成された偏光用光学部材（１１，７０）と、
   　前記偏光用光学部材を支持するために前記偏光用光学部材の前記入射面に取り付けられ、前記変調光及び検出光の双方が透過可能な第１の支持部材（１２，１３）と、
   　前記偏光用光学部材の前記対向面に取り付けられ、前記偏光用光学部材に入射されて前記対向面まで伝搬した前記変調光を前記入射面側へ反射させるための反射部材（２１）と、
   　前記第１の支持部材を、前記偏光用光学部材の板厚の方向へ移動可能な状態で支持するように構成された第２の支持部材（１４）と、
   　前記偏光用光学部材から前記第１の支持部材を介して出射された前記検出光を、前記電磁界の強度と位相に応じて変調された光に変換して出力するように構成された、偏光処理部（５５～５７）と、
   　前記偏光処理部から出力された、前記電磁界の強度によって変調された前記検出光が受光されるように配置され、受光した前記検出光を電気信号に光電変換して出力するように構成された光電変換部（４１）と、
   　前記光電変換部から出力される前記電気信号と前記変調周波数とに基づいて、前記撮像対象から発生する前記電磁界の分布を示す二次元画像を生成して表示させるように構成された撮像処理部（４０）と、
   　を備え、
   　前記偏光用光学部材は、板厚が、前記配線の最小空隙間隔の１．２倍以下である、電磁界撮像装置（１、８０）。
2. 　請求項１に記載の電磁界撮像装置であって、
   　前記垂直方向をｚ軸方向、そのｚ軸方向に垂直な特定の方向をｘ軸方向、前記ｚ軸方向に垂直且つ前記ｘ軸方向に垂直な方向をｙ軸方向として、
   　前記偏光用光学部材（７０）は、
   　前記電磁界の前記ｘ軸方向の成分であるｘ軸成分に起因して前記偏光状態が変化する感度が最も大きい特性を有するｘ軸方向光学部（７０ｘ）と、
   　前記電磁界の前記ｙ軸方向の成分であるｙ軸成分に起因して前記偏光状態が変化する感度が最も大きい特性を有するｙ軸方向光学部（７０ｙ）と、
   　前記電磁界の前記ｚ軸方向の成分であるｚ軸成分に起因して前記偏光状態が変化する感度が最も大きい特性を有するｚ軸方向光学部（７０ｚ）と、
   　の３種類の光学部のうち少なくとも２種類をそれぞれ少なくとも１つ有し、それら各光学部がｚ軸方向に垂直な面上に配列されてなる、配列構造を有する、
   　電磁界撮像装置。
3. 　請求項２に記載の電磁界撮像装置であって、
   　前記偏光用光学部材は、前記３種類の光学部をそれぞれ少なくとも１つ有する、電磁界撮像装置。
4. 　請求項３に記載の電磁界撮像装置であって、
   　前記偏光用光学部材は、前記ｘ軸方向光学部、前記ｙ軸方向光学部及び前記ｚ軸方向光学部がそれぞれ１つずつ一定方向に配列されてなる構造を単位構造として、この単位構造が前記一定方向に複数配列されて構成されており、前記３種類の光学部における前記一定方向の長さはいずれも同じ規定長である、電磁界撮像装置。
5. 　請求項２～請求項４の何れか１項に記載の電磁界撮像装置であって、
   　前記偏光用光学部材を前記撮像対象に対して相対的に移動させるように構成された移動部（７）を備える、電磁界撮像装置。
6. 　請求項４に記載の電磁界撮像装置であって、
   　前記偏光用光学部材を前記撮像対象に対して相対的に前記一定方向へ移動させるように構成された移動部（７）と、
   　前記移動部による前記移動を制御する移動制御部であって、前記偏光用光学部材の位置を、前記一定方向に前記規定長ずつ離れた３箇所に順次移動させることが可能に構成された移動制御部（７）と、
   　を備え、
   　前記撮像処理部は、前記偏光用光学部材が前記３箇所のそれぞれに配置されたときの前記電磁界を個別に撮像し、それら個別に撮像した結果に基づいて、前記ｘ軸成分、前記ｙ軸成分及び前記ｚ軸成分が合成された前記電磁界の分布を示す二次元画像を生成して表示させるように構成されている、
   　電磁界撮像装置。
7. 　請求項１～請求項６の何れか１項に記載の電磁界撮像装置であって、
   　前記偏光用光学部材を、前記撮像対象に対して相対的に、前記垂直方向であるｚ軸方向、そのｚ軸方向に垂直な特定の方向であるｘ軸方向、前記ｚ軸方向に垂直且つ前記ｘ軸方向に垂直な方向であるｙ軸方向に移動させることができ、且つ、ｘ軸周りの仰角及びｙ軸周りの仰角を変化させることが可能に構成された、可動機構（７）を備える、電磁界撮像装置。
8. 　請求項１～請求項７の何れか１項に記載の電磁界撮像装置であって、
   　前記偏光用光学部材から前記第１の支持部材を介して出射された前記検出光は、対物レンズ（１６）を透過して前記偏光処理部へ入力されるように構成されている、電磁界撮像装置。
    

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