(57)【要約】  電磁界測定装置（１０）は、電界を測定するために空間に配置される第１プローブ（２１）及び第２プローブ（２２）と、参照信号を生成する参照信号発生器（３１）と、第１プローブ（２１）で得られた信号に参照信号を乗じる第１乗算器（３２）と、第１乗算器（３２）から出力された信号に第２プローブ（２２）で得られた信号を乗じる第２乗算器（３４）と、第２乗算器（３４）から出力された信号から、参照信号に同期する信号成分を抽出する同期検波器（３５）とを備える。
2017026494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界又は磁界を測定するために空間に第１プローブ及び第２プローブを配置する配置ステップと、
前記第１プローブで得られた信号に参照信号発生器で生成された参照信号を乗じる第１乗算ステップと、
前記第１乗算ステップで得られた信号に、前記第２プローブで得られた信号を乗じる第２乗算ステップと、
前記第２乗算ステップで得られた信号から、前記参照信号発生器で生成された参照信号に同期する信号成分を抽出する同期検波ステップと
を含む電磁界測定方法。
【請求項２】
前記配置ステップでは、前記第２プローブを前記空間において固定した状態で、前記第１プローブを前記空間における複数の測定点に順に移動させて配置し、
前記第１乗算ステップ、前記第２乗算ステップ及び前記同期検波ステップは、前記配置ステップにおいて前記第１プローブが前記複数の測定点のそれぞれに配置される毎に、実行される
請求項１記載の電磁界測定方法。
【請求項３】
前記配置ステップでは、前記第１プローブと前記第２プローブとの間隔を固定した状態で、前記第１プローブ及び前記第２プローブを一体的に前記空間における複数の測定点に順に移動させて配置し、
前記第１乗算ステップ、前記第２乗算ステップ及び前記同期検波ステップは、前記配置ステップにおいて前記第１プローブ及び前記第２プローブが前記複数の測定点のそれぞれに配置される毎に、実行される
請求項１記載の電磁界測定方法。
【請求項４】
前記配置ステップでは、現在の測定点における前記第１プローブ及び前記第２プローブの一方の位置が、次の測定点における前記第１プローブ及び前記第２プローブの他方の位置に一致することとなるように、前記第１プローブ及び前記第２プローブを一体的に移動させる
請求項３記載の電磁界測定方法。
【請求項５】
前記配置ステップでは、所定時点における前記第１プローブと前記第２プローブとの間隔を分割して得られる複数の位置のそれぞれに、前記第１プローブ及び前記第２プローブの一方が順に位置することとなるように、前記第１プローブ及び前記第２プローブを一体的に移動させる
請求項３記載の電磁界測定方法。
【請求項６】
さらに、前記第１プローブで得られた信号に前記参照信号を乗じ、得られた信号に前記第１プローブで得られた信号を乗じ、得られた信号から、前記参照信号に同期する信号成分を抽出することで、前記参照信号のオフセット位相を算出するオフセット位相算出ステップを含む
請求項３〜５のいずれか１項に記載の電磁界測定方法。
【請求項７】
さらに、前記複数の測定点の一つについて、前記配置ステップにおける前記第１プローブ及び前記第２プローブの位置を入れ換えた状態で、前記第１乗算ステップ、前記第２乗算ステップ及び前記同期検波ステップを実行し、前記配置ステップにおいて前記同期検波ステップで抽出された信号成分の位相と、前記入れ換え後における前記同期検波ステップで抽出された信号成分の位相とを加算することで、前記参照信号のオフセット位相を算出するオフセット位相算出ステップを含む
請求項３〜５のいずれか１項に記載の電磁界測定方法。
【請求項８】
電界又は磁界を測定するために空間に配置される第１プローブ及び第２プローブと、
参照信号を生成する参照信号発生器と、
前記第１プローブで得られた信号に前記参照信号を乗じる第１乗算器と、
前記第１乗算器から出力された信号に前記第２プローブで得られた信号を乗じる第２乗算器と、
前記第２乗算器から出力された信号から、前記参照信号に同期する信号成分を抽出する同期検波器と
を備える電磁界測定装置。
【請求項９】
さらに、
前記第１プローブから出力される信号の周波数をより低い中間周波数に変換する第１周波数変換器と、
前記第２プローブから出力される信号の周波数を前記中間周波数に変換する第２周波数変換器とを備え、
前記第１乗算器は、前記第１周波数変換器から出力された信号に前記参照信号を乗じ、
前記第２乗算器は、前記第１乗算器から出力された信号に前記第２周波数変換器から出力された信号を乗じる
請求項８記載の電磁界測定装置。
【請求項１０】
さらに、前記第１乗算器から出力された信号から、前記第１乗算器に入力された信号の周波数と前記参照信号の周波数との和又は差の周波数をもつ信号成分を選択するフィルタを備え、
前記第２乗算器は、前記フィルタから出力された信号に前記第２プローブから出力される信号を乗じる
請求項８記載の電磁界測定装置。
【請求項１１】
前記第１プローブ及び前記第２プローブは、検出した電界に応じた光信号を出力し、
前記第１周波数変換器は、前記第１プローブから出力された光信号を、当該光信号の周波数よりも低い中間周波数の電気信号に変換し、
前記第２周波数変換器は、前記第２プローブから出力された光信号を前記中間周波数の電気信号に変換し、
前記第１乗算器は、前記第１周波数変換器から出力された電気信号に前記参照信号を乗じ、
前記第２乗算器は、前記第１乗算器から出力された信号に前記第２周波数変換器から出力された電気信号を乗じる
請求項９記載の電磁界測定装置。
【請求項１２】
電界又は磁界を測定するために空間に配置される第１プローブ及び第２プローブと、
前記第１プローブで得られた信号をデジタル値に変換する第１Ａ／Ｄ変換器と、
前記第２プローブで得られた信号をデジタル値に変換する第２Ａ／Ｄ変換器と、
前記第１Ａ／Ｄ変換器及び前記第２Ａ／Ｄ変換器から出力された信号を処理するコンピュータ装置とを備え、
前記コンピュータ装置は、
前記第１Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に参照信号を乗じる第１乗算ステップと、
前記第１乗算ステップで得られた信号に前記第２Ａ／Ｄ変換器から出力された信号を乗じる第２乗算ステップと、
前記第２乗算ステップで得られた信号から、前記参照信号に同期する信号成分を抽出する同期検波ステップと
を実行する電磁界測定装置。
【請求項１３】
請求項１２記載のコンピュータ装置が実行するステップを含むプログラム。
【請求項１４】
電磁波が対象物を透過又は反射するときの前記電磁波の位相シフト量を測定して画像化する位相イメージング装置であって、
電磁波を出射する電磁波源と、
前記電磁波源から出射された電磁波を第１電磁波及び第２電磁波に分岐させる光学装置と、
前記光学装置で分岐された前記第１電磁波及び前記第２電磁波のうち前記第１電磁波だけが前記対象物における２次元状の複数の測定点を順に走査しながら入射するように、前記対象物と前記第１電磁波との相対的位置関係を変化させる機構部と、
前記対象物を透過又は反射した前記第１電磁波と前記対象物を透過及び反射していない前記第２電磁波との位相差を、前記複数の測定点のそれぞれについて、測定する請求項８〜１２のいずれか１項に記載の電磁界測定装置と、
前記電磁界測定装置で測定された位相差を、前記複数の測定点に対応させて画像化する画像化装置とを備え、
前記電磁界測定装置は、当該電磁界測定装置が備える第１プローブ及び第２プローブを用いて、それぞれ、前記第１電磁波及び前記第２電磁波を検出し、
前記画像化装置は、前記電磁界測定装置が備える同期検波器で抽出された信号成分の位相を前記位相差として画像化する
位相イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁界測定方法及び電磁界測定装置に関し、特に、放射電界又は放射磁界の振幅及び位相の空間分布を安定かつ精密に測定するのに適した電磁界測定方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナからの放射パターンの解析等には、放射電界又は放射磁界の振幅及び位相の空間分布を測定する必要がある。【０００３】
従来、放射電界又は放射磁界の振幅及び位相の空間分布を測定する技術として、被測定系と測定系とを同期させる手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１３４１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、被測定系と測定系とを同期させる手法では、信号発生源に対して外部から同期信号を注入できない場合、例えば、信号発生源とアンテナ等の放射体とが集積された回路（オンチップアンテナ）である場合には、位相測定のために測定系を被測定信号に同期させる必要がある。ところが、広いロッキングレンジを有する位相同期ループを構成することは一般に困難である。【０００６】
そこで、本発明は、被測定系と測定系とを同期させることなく、安定かつ精密に電界又は磁界の空間分布を測定できる電磁界測定方法、電磁界測定装置及び位相イメージング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る電磁界測定方法は、電界又は磁界を測定するために空間に第１プローブ及び第２プローブを配置する配置ステップと、前記第１プローブで得られた信号に参照信号発生器で生成された参照信号を乗じる第１乗算ステップと、前記第１乗算ステップで得られた信号に、前記第２プローブで得られた信号を乗じる第２乗算ステップと、前記第２乗算ステップで得られた信号から、前記参照信号発生器で生成された参照信号に同期する信号成分を抽出する同期検波ステップとを含む。【０００８】
これにより、被測定電磁界に配置された２本のプローブを用いることで、被測定電磁界における電界又は磁界の位相及び周波数ゆらぎがキャンセルされるので、被測定電磁界における電界又は磁界の周波数が変動する場合であっても、被測定系と測定系とを同期させることなく、安定かつ精密に電界又は磁界の空間分布が測定される。その結果、信号発生源とアンテナ等の放射体とが集積された回路（オンチップアンテナ）からの放射パターンを、被測定系と測定系とを同期させることなく測定できる。【０００９】
ここで、前記配置ステップでは、前記第２プローブを前記空間において固定した状態で、前記第１プローブを前記空間における複数の測定点に順に移動させて配置し、前記第１乗算ステップ、前記第２乗算ステップ及び前記同期検波ステップは、前記配置ステップにおいて前記第１プローブが前記複数の測定点のそれぞれに配置される毎に、実行されてもよい。【００１０】
これにより、第１プローブを空間における複数の測定点に順に移動させて計測を繰り返すことで、被測定電磁界における電界又は磁界の振幅及び位相の空間分布が測定される。【００１１】
また、前記配置ステップでは、前記第１プローブと前記第２プローブとの間隔を固定した状態で、前記第１プローブ及び前記第２プローブを一体的に前記空間における複数の測定点に順に移動させて配置し、前記第１乗算ステップ、前記第２乗算ステップ及び前記同期検波ステップは、前記配置ステップにおいて前記第１プローブ及び前記第２プローブが前記複数の測定点のそれぞれに配置される毎に、実行されてもよい。【００１２】
これにより、第１プローブ及び第２プローブの一方を固定しておいて他方を空間走査することが困難な状況においても、測定点間の位相関係が求められ、結果として、被測定電磁界における電界又は磁界の振幅及び位相の空間分布の測定が可能になる。【００１３】
また、前記配置ステップでは、現在の測定点における前記第１プローブ及び前記第２プローブの一方の位置が、次の測定点における前記第１プローブ及び前記第２プローブの他方の位置に一致することとなるように、前記第１プローブ及び前記第２プローブを一体的に移動させてもよい。【００１４】
これにより、複数の測定点における位相については、隣接する２つの測定点間での位相関係が求まるので、結果として、複数の測定点の全てにおける位相が求められる。【００１５】
また、前記配置ステップでは、所定時点における前記第１プローブと前記第２プローブとの間隔を分割して得られる複数の位置のそれぞれに、前記第１プローブ及び前記第２プローブの一方が順に位置することとなるように、前記第１プローブ及び前記第２プローブを一体的に移動させてもよい。【００１６】
これにより、第１プローブと第２プローブとの間隔よりも小さい間隔で、つまり、高い空間分解能で、測定点間の位相関係が求められ、結果として、被測定電磁界における電界又は磁界の振幅及び位相の空間分布が測定される。【００１７】
またさらに、前記第１プローブで得られた信号に前記参照信号を乗じ、得られた信号に前記第１プローブで得られた信号を乗じ、得られた信号から、前記参照信号に同期する信号成分を抽出することで、前記参照信号のオフセット位相を算出するオフセット位相算出ステップを含んでもよい。【００１８】
これにより、複数本のプローブを一体的に移動させる場合において、被測定電磁界の計測と同時に参照信号のオフセット位相が求まり、同期検波ステップで抽出される信号成分の位相からノイズとしてのオフセット位相φｏｆｆを差し引くことができるので、高い精度で位相差が求められる。【００１９】
また、さらに、前記複数の測定点の一つについて、前記配置ステップにおける前記第１プローブ及び前記第２プローブの位置を入れ換えた状態で、前記第１乗算ステップ、前記第２乗算ステップ及び前記同期検波ステップを実行し、前記配置ステップにおいて前記同期検波ステップで抽出された信号成分の位相と、前記入れ換え後における前記同期検波ステップで抽出された信号成分の位相とを加算することで、前記参照信号のオフセット位相を算出するオフセット位相算出ステップを含んでもよい。【００２０】
これにより、複数本のプローブを一体的に移動させる場合において、プローブを入れ換えることで参照信号のオフセット位相が求まり、同期検波ステップで抽出される信号成分の位相からノイズとしてのオフセット位相を差し引くことができるので、高い精度で位相差が求められる。【００２１】
また、上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る電磁界測定装置は、電界又は磁界を測定するために空間に配置される第１プローブ及び第２プローブと、参照信号を生成する参照信号発生器と、前記第１プローブで得られた信号に前記参照信号を乗じる第１乗算器と、前記第１乗算器から出力された信号に前記第２プローブで得られた信号を乗じる第２乗算器と、前記第２乗算器から出力された信号から、前記参照信号に同期する信号成分を抽出する同期検波器とを備える。【００２２】
これにより、被測定電磁界に配置された２本のプローブを用いることで、被測定電磁界における電界又は磁界の位相及び周波数ゆらぎがキャンセルされるので、被測定電磁界における電界又は磁界の周波数が変動する場合であっても、被測定系と測定系とを同期させることなく、安定かつ精密に電界又は磁界の空間分布が測定される。その結果、信号発生源とアンテナ等の放射体とが集積された回路（オンチップアンテナ）からの放射パターンを、被測定系と測定系とを同期させることなく測定できる。【００２３】
ここで、さらに、前記第１プローブから出力される信号の周波数をより低い中間周波数に変換する第１周波数変換器と、前記第２プローブから出力される信号の周波数を前記中間周波数に変換する第２周波数変換器とを備え、前記第１乗算器は、前記第１周波数変換器から出力された信号に前記参照信号を乗じ、前記第２乗算器は、前記第１乗算器から出力された信号に前記第２周波数変換器から出力された信号を乗じてもよい。【００２４】
これにより、２本のプローブから出力される被測定電界又は被測定磁界の振幅及び位相に応じた信号（ＲＦ信号）の周波数がダウンコンバートされるので、周波数が比較的高い電磁界（例えば、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波等の電磁界）についても測定が可能になる。【００２５】
また、さらに、前記第１乗算器から出力された信号から、前記第１乗算器に入力された信号の周波数と前記参照信号の周波数との和又は差の周波数をもつ信号成分を選択するフィルタを備え、前記第２乗算器は、前記フィルタから出力された信号に前記第２プローブから出力される信号を乗じてもよい。【００２６】
これにより、第１乗算器から出力された信号のうち、第１乗算器に入力された信号及び参照信号それぞれの周波数の差又は和の周波数をもつ不要な信号成分が除去され、和又は差の周波数をもつ必要な信号成分だけが選択されて出力されるので、続く信号処理が安定化される。【００２７】
また、前記第１プローブ及び前記第２プローブは、検出した電界に応じた光信号を出力し、前記第１周波数変換器は、前記第１プローブから出力された光信号を、当該光信号の周波数よりも低い中間周波数の電気信号に変換し、前記第２周波数変換器は、前記第２プローブから出力された光信号を前記中間周波数の電気信号に変換し、前記第１乗算器は、前記第１周波数変換器から出力された電気信号に前記参照信号を乗じ、前記第２乗算器は、前記第１乗算器から出力された信号に前記第２周波数変換器から出力された電気信号を乗じもよい。【００２８】
これにより、２本のプローブからは光信号で出力されて処理されるので、周波数が比較的高い電磁界（例えば、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波等の電磁界）に対して安定した測定が可能になる。【００２９】
また、上記目的を達成するために、本発明の別の一形態に係る電磁界測定装置は、電界又は磁界を測定するために空間に配置される第１プローブ及び第２プローブと、前記第１プローブで得られた信号をデジタル値に変換する第１Ａ／Ｄ変換器と、前記第２プローブで得られた信号をデジタル値に変換する第２Ａ／Ｄ変換器と、前記第１Ａ／Ｄ変換器及び前記第２Ａ／Ｄ変換器から出力された信号を処理するコンピュータ装置とを備え、前記コンピュータ装置は、前記第１Ａ／Ｄ変換器から出力された信号に参照信号を乗じる第１乗算ステップと、前記第１乗算ステップで得られた信号に前記第２Ａ／Ｄ変換器から出力された信号を乗じる第２乗算ステップと、前記第２乗算ステップで得られた信号から、前記参照信号に同期する信号成分を抽出する同期検波ステップとを実行してもよい。【００３０】
これにより、雑音キャンセル処理がデジタル信号処理によって実現されるので、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）やデジタルフィルタ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等を含む論理回路又はプログラムによって高い精度で安定した信号処理が行われる。【００３１】
また、上記目的を達成するために、本発明の別の一形態に係る位相イメージング装置は、電磁波が対象物を透過又は反射するときの前記電磁波の位相シフト量を測定して画像化する位相イメージング装置であって、電磁波を出射する電磁波源と、前記電磁波源から出射された電磁波を第１電磁波及び第２電磁波に分岐させる光学装置と、前記光学装置で分岐された前記第１電磁波及び前記第２電磁波のうち前記第１電磁波だけが前記対象物における２次元状の複数の測定点を順に走査しながら入射するように、前記対象物と前記第１電磁波との相対的位置関係を変化させる機構部と、前記対象物を透過又は反射した前記第１電磁波と前記対象物を透過及び反射していない前記第２電磁波との位相差を、前記複数の測定点のそれぞれについて、測定する上記電磁界測定装置と、前記電磁界測定装置で測定された位相差を、前記複数の測定点に対応させて画像化する画像化装置とを備え、前記電磁界測定装置は、当該電磁界測定装置が備える第１プローブ及び第２プローブを用いて、それぞれ、前記第１電磁波及び前記第２電磁波を検出し、前記画像化装置は、前記電磁界測定装置が備える同期検波器で抽出された信号成分の位相を前記位相差として画像化してもよい。【００３２】
これにより、周波数ゆらぎを有する電磁波源を用いた場合であっても、周波数ゆらぎがキャンセルされた位相差による画像化が行われるので、安定して高精度な位相イメージングが可能になる。【００３３】
なお、本発明は、上記のよう電磁界測定方法及び電磁界測定装置として実現できるだけでなく、上記電磁界測定装置が備えるコンピュータ装置が実行するステップを含むプログラムとして実現してもよいし、そのプログラムが記録されたＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現してもよい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明により、被測定系と測定系とを同期させることなく、安定かつ精密に電界又は磁界の空間分布を測定できる電磁界測定方法及び電磁界測定装置が提供される。【００３５】
よって、携帯電話やスマートフォン等の集積化された回路を備える無線通信装置が広く普及してきた今日において、アンテナからの放射パターンの解析等に好適な本発明の実用的価値は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における電磁界測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における電磁界測定装置を用いた電磁界測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における電磁界測定装置の動作確認のための実験系の構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３に示された実験系で得られた検出信号の波形を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、従来技術の信号処理で得られた検出信号の波形を示す図である。
【図５】図５は、図３に示される実験系において２つの発振器の一方から出力される信号の位相を時間に対して線形に変化させた時に得られた検出信号の波形を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る電磁界測定装置の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態の第１変形例に係る電磁界測定装置を用いた実験の結果を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態の第２変形例に係る電磁界測定装置が備える雑音キャンセル部の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態の第２変形例に係る電磁界測定装置を用いた実験の結果を示す図である。
【図１０】図１０は、２本のプローブを一体的に移動させて空間走査する電磁界測定方法を説明する図である。
【図１１】図１１は、図１０に示される、２本のプローブを一体的に走査させる方法による実験によって得られた測定値とシミュレーション結果とを示す図である。
【図１２】図１２は、測定用プローブ及び参照用プローブを、プローブ間隔Δｘよりも小さい距離だけ、一体的に、ずらしながら移動させて空間走査する電磁界測定方法を説明する図である。
【図１３】図１３は、図１２に示される電磁界測定方法による実験によって得られた測定値とシミュレーション結果とを示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態の電磁界測定装置を用いた位相イメージング装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】図１５は、図１４に示される位相イメージング装置による実験を説明するための図である。
【図１６】図１６は、参照信号発生器から同期検波器に入力される参照信号に含まれるオフセット位相の算出方法を説明するための図である。
【図１７】図１７は、本発明に係る電磁界測定装置によって得られた被測定電磁界の位相の空間分布を可視化した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
【００３８】
図１は、本発明の実施の形態における電磁界測定装置１０の構成を示すブロック図である。電磁界測定装置１０は、アンテナ等からの放射電界又は放射磁界の振幅及び位相の空間分布を測定する装置であり、大きく分けて、検出部２０及び雑音キャンセル部３０から構成される。
【００３９】
検出部２０は、２つのプローブを用いて被測定電磁界における電界又は磁界を検出するための処理部であり、第１プローブ２１、第２プローブ２２、第１周波数変換器２３及び第２周波数変換器２４で構成される。
【００４０】
第１プローブ２１は、被測定電磁界の空間における測定点に配置される測定用の電界プローブ又は磁界プローブであり、測定点における被測定電界又は被測定磁界の振幅及び位相に応じた信号（ＲＦ信号）を出力する。なお、測定点は、被測定電界又は被測定磁界の振幅及び位相の空間分布を計測するために予め定められた空間位置であり、例えば、一次元、二次元又は三次元のメッシュにおける格子点である。
【００４１】
第２プローブ２２は、被測定電磁界の空間における基準点に固定して配置される参照用の電界プローブ又は磁界プローブであり、基準点における被測定電界又は被測定磁界の振幅及び位相に応じた信号（ＲＦ信号）を出力する。なお、基準点は、測定点における被測定電界又は被測定磁界の位相の基準となる位相を検出するための位置であり、被測定電磁界の空間内であれば、いずれの位置であってもよい。
【００４２】
なお、本実施の形態では、第１プローブ２１及び第２プローブ２２は、いずれも、電界測定用のプローブ（電界プローブ）であるとして、以下の説明をする。
【００４３】
第１周波数変換器２３は、第１プローブ２１から出力されるＲＦ信号の周波数をより低い中間周波数（ＩＦ）に変換するダウンコンバータであり、例えば、第１プローブ２１から出力されるＲＦ信号と局部発振器（図示せず）から出力されたＬＯ（Ｌｏｃａｌ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）信号とを混合することでそれら両信号の周波数の差の周波数（中間周波数）をもつ第１ＩＦ信号に変換するミキサである。具体的には、第１プローブ２１から出力されるＲＦ信号の周波数をｆＲＦ、ＬＯ信号の周波数をｆＬＯとすると、第１周波数変換器２３は、中間周波数ｆＩＦ（＝｜ｆＲＦ−ｆＬＯ｜）の第１ＩＦ信号を生成する。
【００４４】
第２周波数変換器２４は、第２プローブ２２から出力されるＲＦ信号の周波数を、第１周波数変換器２３が出力する信号の周波数と同じ中間周波数（ＩＦ）に変換するダウンコンバータであり、例えば、第２プローブ２２から出力されるＲＦ信号と上記ＬＯ信号とを混合することでそれら両信号の周波数の差の周波数（中間周波数）をもつ第２ＩＦ信号に変換するミキサである。具体的には、第２プローブ２２から出力されるＲＦ信号の周波数をｆＲＦ、ＬＯ信号の周波数をｆＬＯとすると、第２周波数変換器２４は、中間周波数ｆＩＦ（＝｜ｆＲＦ−ｆＬＯ｜）の第２ＩＦ信号を生成する。
【００４５】
なお、第１周波数変換器２３及び第２周波数変換器２４は、第１プローブ２１及び第２プローブ２２から出力されるＲＦ信号の周波数が比較的高い場合（例えば、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波等）に設ければよく、ＲＦ信号の周波数が数十ＭＨｚ以下程度の比較的低い場合には、設けなくてもよい。この場合には、第１プローブ２１から出力されるＲＦ信号は雑音キャンセル部３０の第１乗算器３２に直接入力され、第２プローブ２２から出力されるＲＦ信号は雑音キャンセル部３０の第２乗算器３４に直接入力される。
【００４６】
雑音キャンセル部３０は、被測定電磁界における電界又は磁界の位相及び周波数ゆらぎ（ＲＦ信号とＬＯ信号との相対的周波数ゆらぎも含む）をキャンセルするための処理部であり、参照信号発生器３１、第１乗算器３２、フィルタ３３、第２乗算器３４及び同期検波器３５で構成される。なお、本実施の形態では、雑音キャンセル部３０は、被測定電界の位相及び周波数ゆらぎをキャンセルするための処理部として機能する。
【００４７】
参照信号発生器３１は、上述した位相及び周波数ゆらぎをキャンセルするのに用いられる参照信号を発生する回路であり、例えば、単一の周波数ｆｓの信号を発生する。
【００４８】
第１乗算器３２は、第１プローブ２１で得られた信号に参照信号発生器３１が発生した参照信号を乗じる乗算器であり、例えば、アナログ乗算器又はミキサである。本実施の形態では、第１プローブ２１の後に第１周波数変換器２３が接続されているので、第１乗算器３２は、第１周波数変換器２３から出力された第１ＩＦ信号に参照信号発生器３１が発生した参照信号を乗じ、その結果、第１乗算器３２に入力された信号の周波数（ここでは、中間周波数ｆＩＦ）と参照信号の周波数ｆｓとの和の周波数（ｆｓ＋ｆＩＦ）及び差の周波数（ｆｓ−ｆＩＦ）をもつ信号成分を含む信号を出力する。
【００４９】
フィルタ３３は、第１乗算器３２から出力された信号から、第１乗算器３２に入力された信号の周波数（ここでは、中間周波数ｆＩＦ）と参照信号の周波数ｆｓとの和又は差の周波数（本実施の形態では、差の周波数（ｆｓ−ｆＩＦ））をもつ信号成分を選択する回路であり、例えば、バンドパスフィルタ又はローパスフィルタである。なお、ＲＦ信号の周波数とＬＯ信号の周波数との関係によっては、このフィルタ３３は、必ずしも必要ではない。
【００５０】
第２乗算器３４は、第１乗算器３２から出力された信号に第２プローブ２２で得られた信号を乗じる乗算器であり、例えば、アナログ乗算器又はミキサである。本実施の形態では、第１乗算器３２の後にフィルタ３３が接続され、第２プローブ２２の後に第２周波数変換器２４が接続されているので、第２乗算器３４は、フィルタ３３から出力された信号に第２周波数変換器２４から出力された第２ＩＦ信号を乗じ、その結果、フィルタ３３から出力された信号の周波数（ｆｓ−ｆＩＦ）と第２ＩＦ信号の周波数（ｆＩＦ）との和の周波数ｆｓ（＝ｆｓ−ｆＩＦ＋ｆＩＦ）及び差の周波数（ｆｓ−２ｆＩＦ）をもつ信号成分を含む信号を出力する。
【００５１】
同期検波器３５は、第２乗算器３４から出力された信号から、参照信号に同期する信号成分（周波数ｆｓをもつ信号成分）を抽出する回路であり、例えば、第２乗算器３４から出力された信号を入力とし、参照信号発生器３１が発生した参照信号と同期する信号成分だけを抽出するロックインアンプである。同期検波器３５から出力される検出信号は、第１プローブ２１が配置された測定点における被測定電界の振幅及び位相（被測定電界において第２プローブ２２が配置された基準点における被測定電界の位相を基準とする位相）を示している。このように、同期検波器３５では、第２乗算器３４から出力された信号のうち、被測定電界の位相及び周波数ゆらぎがキャンセルされ、かつ、中間周波数に依存する信号成分がキャンセルされた、参照信号の周波数ｆｓ（＝ｆｓ−ｆＩＦ＋ｆＩＦ）をもつ信号成分だけが抽出され、被測定電界の振幅及び位相が特定される。
【００５２】
なお、第２乗算器３４と同期検波器３５との間に、第２乗算器３４から出力された信号から周波数ｆｓの信号成分だけを選択して出力するフィルタ（バンドパスフィルタ等）を設けてもよい。
【００５３】
次に、以上のように構成された本実施の形態における電磁界測定装置１０の動作及び測定原理について、説明する。
【００５４】
第１プローブ２１から出力されたＲＦ信号は、第１周波数変換器２３に入力され、第１周波数変換器２３において、ＬＯ信号と混合され、両信号の周波数の差の周波数（中間周波数）をもつ信号に変換される。第１周波数変換器２３から出力される信号Ｓａは、以下の式１で表わされる。
【００５５】
Ｓａ＝Ａ１ｃｏｓ｛２πｆＩＦｔ＋φｎ（ｔ）＋Δφ｝    式１
【００５６】
ここで、Ａ１は、第１プローブ２１が配置された測定点における被測定電界の振幅に対応し、ｆＩＦは、中間周波数であり、φｎ（ｔ）は、その被測定電界の位相ゆらぎであり、Δφは、測定点における被測定電界の位相（第２プローブ２２が配置された基準点での被測定電界の位相を基準とする位相）である。なお、第１周波数変換器２３を用いない場合には、上記式１は、第１プローブ２１からの出力信号を表わす。そのときには、ｆＩＦは、被測定電界の周波数（ＲＦ信号の周波数）である。
【００５７】
一方、第２プローブ２２から出力されたＲＦ信号は、第２周波数変換器２４に入力され、第２周波数変換器２４において、ＬＯ信号と混合され、両信号の周波数の差の周波数（中間周波数）をもつ信号に変換される。第２周波数変換器２４から出力される信号Ｓｂは、以下の式２で表わされる。
【００５８】
Ｓｂ＝Ａ２ｃｏｓ｛２πｆＩＦｔ＋φｎ（ｔ）｝    式２
【００５９】
ここで、Ａ２は、第２プローブ２２が配置された基準点における被測定電界の振幅に対応し、ｆＩＦは、中間周波数であり、φｎ（ｔ）は、その被測定電界の位相ゆらぎである。なお、第２周波数変換器２４を用いない場合には、上記式２は、第２プローブ２２からの出力信号を表わす。そのときには、ｆＩＦは、被測定電界の周波数（ＲＦ信号の周波数）である。
【００６０】
第１周波数変換器２３から出力された信号は、第１乗算器３２に入力され、第１乗算器３２において、参照信号発生器３１からの参照信号が乗じられることで、中間周波数と参照信号の周波数との和の周波数及び差の周波数をもつ信号成分を含む信号に変換される。そして、第１乗算器３２から出力された信号は、フィルタ３３に入力され、フィルタ３３において、中間周波数と参照信号の周波数との和又は差の周波数（本実施の形態では、差の周波数）をもつ信号成分が選択される。フィルタ３３から出力される信号Ｓｃは、以下の式３で表わされる。
【００６１】
Ｓｃ＝（Ａ１／２）ｃｏｓ｛２π（ｆｓ−ｆＩＦ）ｔ＋φｓ−φｎ（ｔ）｝式３
【００６２】
ここで、ｆｓは、参照信号の周波数であり、φｓは、被測定電界の位相に対する参照信号の位相である。
【００６３】
フィルタ３３から出力された信号は、第２乗算器３４に入力され、第２乗算器３４において、第２プローブ２２で得られた信号Ｓｂが乗じられ、その結果、フィルタ３３から出力された信号Ｓｃの周波数と第２プローブ２２で得られた信号Ｓｂの周波数との和の周波数及び差の周波数をもつ信号成分を含む信号が出力される。第２乗算器３４から出力される信号のうち、フィルタ３３から出力された信号Ｓｃの周波数と第２プローブ２２で得られた信号Ｓｂの周波数との和の周波数をもつ信号成分Ｓｄは、以下の式４で表わされる。
【００６４】
Ｓｄ＝（Ａ１Ａ２／４）ｃｏｓ｛２πｆｓｔ＋φｓ＋Δφ｝    式４
【００６５】
この信号成分Ｓｄは、フィルタ３３から出力された信号Ｓｃ（式３）に存在した、被測定電界の位相ゆらぎφｎ（ｔ）がキャンセルされ、かつ、中間周波数ｆＩＦに依存する周波数成分がキャンセル（ｆｓ−ｆＩＦ＋ｆＩＦ）された、参照信号の周波数ｆｓをもつ信号成分である。なお、位相ゆらぎがキャンセルされることは、周波数ゆらぎもキャンセルされることを意味する。
【００６６】
第２乗算器３４から出力された信号は、同期検波器３５に入力され、同期検波器３５において、参照信号発生器３１からの参照信号と同期する信号成分Ｓｄだけが抽出される。同期検波器３５で抽出される信号成分の振幅Ａ及び位相φは、それぞれ、以下の式５及び式６で表わされる。
【００６７】
Ａ＝Ａ１Ａ２／４    式５
φ＝Δφ    式６
【００６８】
同期検波器３５で得られた振幅Ａは、被測定電界における、測定点での振幅Ａ１と基準点での振幅Ａ２との積に対応し、同期検波器３５で得られた位相φは、基準点での位相を基準とする測定点での位相Δφを示す。このようにして、基準点を基準とする測定点における被測定電界の振幅及び位相が測定される。
【００６９】
なお、上記式１〜式６を用いた説明では、同一時刻ｔにおける第１プローブ２１及び第２プローブ２２からの出力信号が用いられたが、このような時間の同一性は、説明の便宜上であり、必須ではない。例えば、位相ゆらぎφｎ（ｔ）に応じて許容される範囲内であれば、異なるタイミングで得られた第１プローブ２１及び第２プローブ２２からの出力信号が用いられてもよいし、電磁界発生源から第１プローブ２１及び第２プローブ２２までの距離（つまり、伝搬時間）に差があってもよい。
【００７０】
このように、被測定電界における第１の測定点での振幅及び位相の測定を終えると、続いて、第２プローブ２２を基準点に固定したまま、第１プローブ２１を第２の測定点に移動させ、再び、同様の信号処理によって、第２の測定点における被測定電界の振幅及び位相を測定する。このような測定を、予め定められた全ての測定点について、繰り返す。このような測定手順（電磁界測定方法）をまとめると、図２に示されるフローチャートとなる。
【００７１】
図２は、本実施の形態における電磁界測定装置１０を用いた電磁界測定方法の手順を示すフローチャートである。ここでは、電界の空間分布を得るための主要なステップが示されている。
【００７２】
まず、被測定電界の空間における測定点に第１プローブ２１を配置し、基準点に第２プローブ２２を配置する（１回目の配置ステップＳ１）。
【００７３】
次に、第１乗算器３２により、第１プローブ２１で得られた信号に参照信号発生器３１で生成された参照信号を乗じる（第１乗算ステップＳ２）。なお、第１プローブ２１から出力される信号をより低い周波数（中間周波数）に変換する必要がある場合には、第１周波数変換器２３により、第１プローブ２１から出力される信号の周波数を中間周波数に変換した後に、第１乗算器３２による乗算を行う。
【００７４】
続いて、第２乗算器３４により、第１乗算ステップＳ２で得られた信号に、第２プローブ２２で得られた信号を乗じる（第２乗算ステップＳ３）。なお、第２プローブ２２から出力される信号をより低い周波数（中間周波数）に変換する必要がある場合には、第２周波数変換器２４により、第２プローブ２２から出力される信号の周波数を中間周波数に変換した後に、第２乗算器３４による乗算を行う。さらに、必要に応じて、フィルタ３３により、第１乗算器３２から出力された信号から、中間周波数と参照信号の周波数との和又は差の周波数をもつ信号成分を選択した後に、第２乗算器３４による乗算を行う。
【００７５】
次に、同期検波器３５により、第２乗算ステップＳ３で得られた信号から、参照信号発生器３１で生成された参照信号に同期する信号成分を抽出する（同期検波ステップＳ４）。これにより、測定点における被測定電界の振幅及び位相が得られる。
【００７６】
そして、予め定められた全ての測定点での測定が終了したか否かを判断し（Ｓ５）、終了していない場合には（Ｓ５でＮｏ）、第２プローブ２２を基準点に固定したまま、第１プローブ２１を次の測定点に移動させて配置し（２回目以降の配置ステップＳ６）、同様の信号処理を繰り返す（Ｓ２〜Ｓ４）。一方、全ての測定点での測定が終了した場合には（Ｓ５でＹｅｓ）、測定を終了する。
【００７７】
このように、配置ステップ（Ｓ１、Ｓ６）では、第２プローブ２２を被測定電界の空間において固定した状態で、第１プローブ２１を空間における複数の測定点に順に移動させて配置（空間走査）し、第１乗算ステップＳ２、第２乗算ステップＳ３及び同期検波ステップＳ４を、配置ステップＳ６において第１プローブ２１が複数の測定点のそれぞれに配置される毎に、実行する。これにより、電磁界測定装置１０による被測定電界の空間分布が得られる。
【００７８】
なお、第１プローブ２１及び第２プローブ２２として、磁界測定用のプローブ（磁界プローブ）を採用した場合には、同様の原理により、被測定磁界の空間分布が得られる。
【００７９】
以上のように、本実施の形態における電磁界測定装置１０及び電磁界測定方法によれば、被測定電磁界に配置された２本のプローブを用いることで、雑音キャンセル部３０において、被測定電磁界における電界又は磁界の位相及び周波数ゆらぎがキャンセルされる。よって、被測定電磁界における電界又は磁界の周波数が変動する場合であっても、被測定系と測定系とを同期させることなく、安定かつ精密に電界又は磁界の空間分布を測定できる。その結果、信号発生源とアンテナ等の放射体とが集積された回路（オンチップアンテナ）からの放射パターンを、被測定系と測定系とを同期させることなく測定できる。
【００８０】
（原理実証の実験）
次に、上記実施の形態における電磁界測定装置１０の雑音キャンセル部３０が検出部２０によらずに動作することを確認する実験を行ったので、説明する。
【００８１】
図３は、実験系の構成を示すブロック図である。図３に示されるように、第１プローブ２１及び第２プローブ２２からの信号を、２ｃｈの発振器４１及び４２で模擬した。それぞれの周波数は、０．９ＭＨｚである。外部雑音源４０を用いてそれぞれの信号の位相を変調している。つまり、雑音によって位相が変調された０．９ＭＨｚの信号を、雑音キャンセル部３０（第１乗算器３２及び第２乗算器３４）に入力し、同期検波器３５で得られた検出信号（０．９ＭＨｚの信号の振幅及び位相）を確認した。
【００８２】
図４Ａは、本発明に係る雑音キャンセル部３０で得られた検出信号の波形（検出された振幅と位相の時間変化）を示す図である。図４Ｂは、従来技術の信号処理で得られた検出信号の波形（検出された振幅と位相の時間変化）を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂともに、横軸は時間を示し、左の縦軸は振幅（ｍＶ）を示し、右の縦軸は位相（ｄｅｇ．）を示す。図４Ａ及び図４Ｂを比較して分かるように、従来技術によれば、検出信号には位相雑音が重畳されているが（図４Ｂ）、本発明に係る雑音キャンセル部３０によれば、雑音成分がキャンセルされている（図４Ａ）。
【００８３】
図５は、図３に示される実験系において、発振器４１及び４２の一方から出力される信号の位相を時間に対して線形に変化させた時に得られた検出信号の波形を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂと同様に、横軸は時間を示し、左の縦軸は振幅（ｍＶ）を示し、右の縦軸は位相（ｄｅｇ．）を示す。この実験では、第１プローブ２１及び第２プローブ２２のうちの一方を空間の一点に固定し、他方を空間走査することで、被測定電界の位相の空間分布を測定することを模擬している。図５から分かるように、位相雑音を伴った信号源である発振器４１及び４２からの両信号間の相対位相が位相雑音を除去した状態で測定されている。
【００８４】
（その他の実施の形態）
上記実験で実証されたように、本発明に係る電磁界測定装置は、検出部の種類及び検出方法を問わない。
【００８５】
図６は、上記実施の形態の第１変形例に係る電磁界測定装置１１の構成を示すブロック図である。この電磁界測定装置１１は、上記実施の形態における電磁界測定装置１０の検出部２０をＥＯ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ）型検出部５０に置き換えたものに相当する。
【００８６】
ＥＯ型検出部５０は、２つのプローブを用いて被測定電界を検出するための処理部であり、第１ＥＯプローブ５１、第２ＥＯプローブ５２、第１光サーキュレータ５３、第２光サーキュレータ５４、第１光フィルタ５５、第２光フィルタ５６、第１光検出器５７及び第２光検出器５８で構成される。第１ＥＯプローブ５１及び第２ＥＯプローブ５２は、被測定電界の振幅及び位相に応じた光信号（ＲＦ信号）を出力する電気光学プローブである。第１光サーキュレータ５３及び第２光サーキュレータ５４は、光の進行方向を変えるものであり、それぞれ、光源から入射される光ＬＯ信号を第１ＥＯプローブ５１及び第２ＥＯプローブ５２に出射し、第１ＥＯプローブ５１及び第２ＥＯプローブ５２から入射される光信号を第１光フィルタ５５及び第２光フィルタ５６に出射する。例えば、第１光サーキュレータ５３には、周波数ｆ１及びｆ２（ただし、ｆＲＦ＜ｆ２−ｆ１又はｆＲＦ＞ｆ２−ｆ１を満たす）の光信号を含む光ＬＯ信号が入射し、第１ＥＯプローブ５１に出射される。第１ＥＯプローブ５１では、周波数ｆＲＦの光信号（被測定電界信号）と第１光サーキュレータ５３からの光信号との相互作用により、周波数（ｆ１＋ｆＲＦ）及び周波数（ｆ１−ｆＲＦ）のサイドバンド成分、及び、周波数（ｆ２＋ｆＲＦ）及び周波数（ｆ２−ｆＲＦ）のサイドバンド成分が生じる。第２光サーキュレータ５４及び第２ＥＯプローブ５２についても同様である。
【００８７】
第１光フィルタ５５及び第２光フィルタ５６は、それぞれ、第１ＥＯプローブ５１から第１光サーキュレータ５３を介して出力された光信号、及び、第２ＥＯプローブ５２から第２光サーキュレータ５４を介して出力された光信号から、一つのサイドバンドの光信号及び光ＬＯ信号に含まれる一方の光信号（例えば、周波数（ｆ１＋ｆＲＦ）及び周波数ｆ２の信号成分）を選択するバンドパスフィルタである。
【００８８】
第１光検出器５７及び第２光検出器５８は、それぞれ、第１光フィルタ５５及び第２光フィルタ５６から出力された光信号を電気信号（例えば、周波数（｜ｆ２−ｆ１−ｆＲＦ｜）の信号成分）に変換し、第１ＩＦ信号及び第２ＩＦ信号として出力する受光素子である。
【００８９】
第１光サーキュレータ５３、第１光フィルタ５５及び第１光検出器５７が、第１ＥＯプローブ５１から出力された光信号を、当該光信号の周波数よりも低い中間周波数の電気信号に変換する第１周波数変換器に相当する。同様に、第２光サーキュレータ５４、第２光フィルタ５６及び第２光検出器５８が、第２ＥＯプローブ５２から出力された光信号を、当該光信号の周波数よりも低い中間周波数の電気信号に変換する第２周波数変換器に相当する。
【００９０】
以上のように構成される本変形例に係る電磁界測定装置１１を用いて放射電界を測定する実験を行った。
【００９１】
第１ＥＯプローブ５１及び第２ＥＯプローブ５２が受けたＲＦ信号の周波数ｆＲＦはおよそ７５．５９８ＧＨｚであり、光ＬＯ信号に含まれる２つの光信号の周波数の差（ｆ２−ｆ１）はおよそ７５．６ＧＨｚであるため、第１ＩＦ信号の周波数（ｆ２−ｆ１−ｆＲＦ）はおよそ２ＭＨｚとなる。ただし、ＲＦ信号と光ＬＯ信号とは同期していないため、第１ＩＦ信号の周波数にはゆらぎが存在している。参照信号発生器３１からの参照信号の周波数を１．８ＭＨｚに設定したため、第１乗算器３２における周波数変換により、およそ３．８ＭＨｚの信号成分と、およそ０．２ＭＨｚの信号成分とが得られる。フィルタ３３により０．２ＭＨｚの信号成分を選択し、選択した信号成分と、第２ＥＯプローブ５２により得られた第２ＩＦ信号（およそ２ＭＨｚの信号）とを第２乗算器３４で混合することで、１．８ＭＨｚと２．２ＭＨｚの信号が得られる。同期検波器３５により１．８ＭＨｚの信号の振幅と位相を計測すると、得られた振幅は第１ＥＯプローブ５１及び第２ＥＯプローブ５２で得られたＲＦ信号の振幅の積に比例した値に相当し、得られた位相は第１ＥＯプローブ５１及び第２ＥＯプローブ５２で得られたＲＦ信号の位相の差に相当することになる。
【００９２】
図７は、本変形例に係る電磁界測定装置１１を用いた実験の結果を示す図である。ここでは、第１ＥＯプローブ５１の直前に普通紙を配置することで第１ＥＯプローブ５１と第２ＥＯプローブ５２で検出される両ＲＦ信号間に位相差を与えた時に同期検波器３５から得られた検出信号が示されている。図４Ａ及び図４Ｂと同様に、横軸は時間を示し、左の縦軸は振幅（ｍＶ）を示し、右の縦軸は位相（ｄｅｇ．）を示す。
【００９３】
図７に示されるように、普通紙を挿入した時に得られた位相変化量は、普通紙の屈折率とＲＦ信号の周波数（およそ７５ＧＨｚ）から計算される値と一致しており、本変形例に係る電磁界測定装置１１によって位相雑音がキャンセルされながら位相差が測定されていることが分かる。
【００９４】
以上のように、本変形例における電磁界測定装置１１によれば、被測定電磁界に配置された２本のプローブを用いることで、雑音キャンセル部３０において、被測定電界の位相及び周波数ゆらぎがキャンセルされる。よって、被測定電界の周波数が変動する場合であっても、被測定系と測定系とを同期させることなく、安定かつ精密に電界の空間分布を測定できる。
【００９５】
なお、上記実施の形態及び第１変形例における電磁界測定装置では、アナログ信号処理によって雑音がキャンセルされたが、デジタル信号処理によって雑音をキャンセルしてもよい。
【００９６】
図８は、上記実施の形態の第２変形例に係る電磁界測定装置が備える雑音キャンセル部６０の構成を示すブロック図である。なお、本変形例に係る電磁界測定装置が備える検出部は、上記実施の形態又は第１変形例の検出部と同じである。
【００９７】
雑音キャンセル部６０は、デジタル信号処理によって被測定電磁界における電界又は磁界の位相及び周波数ゆらぎをキャンセルするための処理部であり、第１Ａ／Ｄ変換器６１、第２Ａ／Ｄ変換器６２及びコンピュータ装置６３を備える。
【００９８】
第１Ａ／Ｄ変換器６１は、上記実施の形態における第１プローブ２１等で得られた第１ＩＦ信号をデジタル値に変換する。
【００９９】
第２Ａ／Ｄ変換器６２は、上記実施の形態における第２プローブ２２等で得られた第２ＩＦ信号をデジタル値に変換する。
【０１００】
コンピュータ装置６３は、第１Ａ／Ｄ変換器６１及び第２Ａ／Ｄ変換器６２から出力されたデジタル信号を処理する装置であり、内部に保持するプログラム６４に従って、図２に示される電磁界測定方法を実行する。電磁界測定方法には、少なくとも、第１Ａ／Ｄ変換器６１から出力されたデジタル信号に参照信号を乗じる第１乗算ステップＳ２と、第１乗算ステップＳ２で得られた信号に第２Ａ／Ｄ変換器６２から出力された信号を乗じる第２乗算ステップＳ３と、第２乗算ステップＳ３で得られた信号から、参照信号に同期する信号成分を抽出する同期検波ステップＳ４とが含まれる。より詳しくは、コンピュータ装置６３は、実施の形態における雑音キャンセル部３０による信号処理と等価なデジタル信号処理を実行する。
【０１０１】
図９は、本変形例に係る電磁界測定装置を用いた実験の結果を示す図である。ここでは、第１ＩＦ信号及び第２ＩＦ信号に対して共通の位相雑音を重畳させ、第２ＩＦ信号の位相を時間とともに線形にシフトさせた実験で得られた検出信号（被測定電界の振幅（図９の（ａ））及び位相（図９の（ｂ））の波形が示されている。図４Ａ及び図４Ｂと同様に、横軸は時間を示し、左の縦軸は振幅（ｍＶ）を示し、右の縦軸は位相（ｄｅｇ．）を示す。
【０１０２】
図９から分かるように、デジタル信号処理によって雑音をキャンセルする本変形例に係る電磁界測定装置により、第１ＩＦ信号及び第２ＩＦ信号に共通の位相雑音はキャンセルされ、第１ＩＦ信号及び第２ＩＦ信号の相対位相差の時間変化が測定できている。
【０１０３】
以上のように、本変形例における電磁界測定装置によれば、被測定電磁界に配置された２本のプローブを用いることで、デジタル信号処理を用いた雑音キャンセル部６０において、被測定電磁界における電界又は磁界の位相及び周波数ゆらぎがキャンセルされる。よって、被測定電磁界における電界又は磁界の周波数が変動する場合であっても、被測定系と測定系とを同期させることなく、安定かつ精密に電界又は磁界の空間分布を測定できる。
【０１０４】
なお、上記実施の形態では、第２プローブ（参照用プローブ）を空間の一点に固定し、第１プローブ（測定用プローブ）を空間走査した。しかしながら、この走査方法では、被測定対象の物理的形状や、被測定電磁波の放射パターン形状によっては、参照用プローブを空間の一点に固定した状態で測定用プローブを空間走査することが難しい状況が生じうる。そこで、このような問題を解決するために、プローブの走査方法として、２本のプローブを一体的に移動させてもよい。なお、「ｎ本のプローブを一体的に移動させる」とは、ｎ本のプローブの相対的な位置関係（相互の間隔）を固定したまま、ｎ本のプローブを移動させることをいう。以下、２本のプローブを一体的に移動させる走査方法を説明する。
【０１０５】
図１０は、２本のプローブを一体的に移動させて空間走査する電磁界測定方法を説明する図である。ここでは、１次元（ｘ軸方向）の位相分布測定の原理が示されている。なお、振幅分布については、それぞれのプローブで測定される信号から容易に求まるため、説明を省略する。
【０１０６】
図１０に示されるように、第１プローブ２１及び第２プローブ２２により、ｘ軸上のΔｘ（第１プローブ２１の座標をｘ２、第２プローブ２２の座標をｘ１とした場合に、Δｘ＝ｘ２−ｘ１）だけ座標が異なる場所での電磁界の位相を、位相差検出装置７０を用いて、測定する。なお、位相差検出装置７０は、２つの信号の位相差を検出する装置であり、例えば、上記実施の形態における雑音キャンセル部３０である。
【０１０７】
それぞれの位置での位相を決めるためには、基準が必要となるが、これについては、測定系のローカル信号を基準に取る。測定系のローカル信号と被測定信号とは位相同期が取れていないので、各プローブで測定される位相にはゆらぎが重畳されるが、そのゆらぎは第１プローブ２１及び第２プローブ２２においてコモンモードとなっている。そのため、両プローブの場所での位相差を取ると、これら共通の位相ゆらぎはキャンセルされて、本図に示すように、座標ｘ２及び座標ｘ１における被測定信号の位相差ΔΦ２１（＝Φ（ｘ２）−Φ（ｘ１））が検出されることになる。
【０１０８】
ここで、第１プローブ２１及び第２プローブ２２を、位置決めステージにより、一体的にｘ軸方向にΔｘ移動させる。つまり、第１プローブ２１の座標がｘ３（＝ｘ２＋Δｘ）となり、第２プローブ２２の座標がｘ２となる。移動後に測定される位相は、ΔΦ３２（＝Φ（ｘ３）−Φ（ｘ２））となる。移動前と移動後のこれら２つの測定値により、Φ（ｘ１）とΦ（ｘ２）とΦ（ｘ３）との相対位相が求まる。これを繰り返すことで、１次元上での電磁界の相対位相の空間分布が明らかとなる。
【０１０９】
なお、２次元用プローブは、例えば、図１０に示される第２プローブ２２に対してｙ軸上（紙面に垂直）に間隔Δｙだけずれた位置に第３プローブを配置することで得られる。これら３本のプローブを、位置決めステージ（ＸＹステージ）により、一体的にｘｙ面上でΔｘずつ及びΔｙずつ走査することで、上述の原理に基づき電磁界のｘｙ面内での分布が計測可能となる。さらに、３次元用プローブについても、同様に、２次元用プローブに対してｘｙ面からΔｚだけｚ軸上離れた場所に第４プローブを配置することで得られる。そして、これら４本のプローブを、位置決めステージ（ＸＹＺステージ）により、一体的にΔｘずつ及びΔｙずつ及びΔｚずつ走査することで、上述の原理に基づき電磁界の３次元分布が計測可能となる。
【０１１０】
このように、図１０に示された２本のプローブの一体的な走査方法による電磁界測定方法では、図２に示された配置ステップＳ１において、第１プローブ２１と第２プローブ２２との間隔を固定した状態で、第１プローブ２１及び第２プローブ２２を一体的に空間における複数の測定点に順に移動させて配置し、図２に示された第１乗算ステップＳ２、第２乗算ステップＳ３及び同期検波ステップＳ４は、配置ステップＳ１において第１プローブ２１及び第２プローブ２２が複数の測定点のそれぞれに配置される毎に、実行される。より具体的には、配置ステップＳ１では、現在の測定点における第１プローブ２１及び第２プローブ２２の一方の位置が、次の測定点における第１プローブ２１及び第２プローブ２２の他方の位置に一致することとなるように、第１プローブ２１及び第２プローブ２２を一体的に移動させる。
【０１１１】
このような複数のプローブの一体的な走査方法により、第２プローブ（参照用プローブ）を空間の一点に固定する走査方法における問題が解決される。つまり、空間の一点に参照用プローブを固定し、この位置における位相に対する相対的な位相分布を計測する手法では、被測定対象や放射場の分布によっては計測ができない状況が生じる問題があるが、この問題が解決される。よって、複数のプローブの一体的な走査方法により、自励発振デバイス等から放射される周波数ゆらぎを有する放射場の位相の空間分布計測が、任意の面上において可能となる。
【０１１２】
なお、図１０では、上記実施の形態における第１プローブ２１及び第２プローブ２２が用いられたが、プローブの種類はこれに限定されるものではなく、上記第１変形例におけるＥＯプローブ等の他の種類のプローブであってもよい。また、図１０の位相差検出装置７０についても、上記実施の形態における雑音キャンセル部３０に限られず、２つの信号の位相差を検出する装置であれば、他の種類の装置であってもよい。
【０１１３】
図１１は、図１０に示される、２本のプローブを一体的に走査させる方法による実験によって得られた測定値（点のプロット）とシミュレーション結果（実線）とを示す図である。横軸は、２本のプローブの移動距離（ｘ軸上の位置）を示し、縦軸は、その移動距離における位相を示す。
【０１１４】
本実験では、上記実施の形態の第１変形例での実験と同じ装置及び条件下で行った。つまり、位相差検出装置７０として、図６に示されるＥＯ型検出部５０及び雑音キャンセル部３０を用いた。また、ＲＦ光信号の周波数ｆＲＦはおよそ７５．５９８ＧＨｚであり、光ＬＯ信号に含まれる２つの光信号の周波数の差はおよそ７５．６ＧＨｚであり、参照信号の周波数を１．８ＭＨｚに設定し、雑音キャンセル部３０から出力される１．８ＭＨｚの信号の位相を計測することにより、測定用の第１ＥＯプローブ５１と参照用の第２ＥＯプローブ５２の位置におけるＲＦ信号の位相差を得た。
【０１１５】
なお、測定用の第１ＥＯプローブ５１及び参照用の第２ＥＯプローブ５２の間隔Δｘは５ｍｍであり、それら２本のプローブを位置決めステージに固定してｘ軸上に移動させた。
【０１１６】
図１１から分かるように、本実験において５ｍｍ間隔で得られた位相分布の測定値は、シミュレーション結果とよい一致を示している。
【０１１７】
なお、図１１に示される実験では、測定用プローブと参照用プローブとを、一体的に、プローブ間隔Δｘだけ移動させることで位相の空間分布を測定したが、測定開始点を少しだけ（Δｘよりも小さい距離だけ）ずらしたＮセットのデータを取得し、これらが滑らかに繋がる等の補間の条件を課すことで、より空間分解能の高い位相分布を測定してもよい。
【０１１８】
図１２は、測定用プローブ及び参照用プローブを、プローブ間隔Δｘよりも小さい距離だけ、一体的に、ずらしながら移動させて空間走査する電磁界測定方法を説明する図である。ここでは、プローブ間隔Δｘにおいて、Ｎセットのデータを取得して滑らかに繋ぐ（近似曲線に近い位置にプロットする）ことで得られる位相分布の一例が示されている。
【０１１９】
図１３は、図１２に示される、プローブ間隔よりも小さい距離の刻みで２本のプローブを、位置決めステージを用いて、一体的に走査させる方法による実験によって得られた測定値（点のプロット）とシミュレーション結果（実線）とを示す図である。
【０１２０】
プローブ間隔Δｘが５ｍｍの２本のプローブを一体的に動かした場合には、５ｍｍ間隔のデータセットがＮセット取得できるが、本実験は、プローブを一体的に０．５ｍｍ間隔で移動させたため、Ｎ＝１００となる。それぞれのデータセットの間の位相関係は不定であるが、それぞれのデータセットは同じ位相分布を計測しているため、各データセットが作る位相の空間分布が滑らかに接続されるように、初期位相の不定量を決定することで、図１３に示す空間分解能が向上した位相分布の計測が可能となる。なお、図１３に示される実験データは、図１１に示されるデータを取得したプローブ間隔Δｘが５ｍｍのＥＯプローブを使用した。図１３から分かるように、本実験において０．５ｍｍ間隔で得られた位相分布の測定値は、シミュレーション結果とよい一致を示している。
【０１２１】
このように、図１２及び図１３に示されるプローブの走査方法による電磁界測定方法では、図２に示される配置ステップＳ１において、所定時点における第１プローブと第２プローブとの間隔を分割して得られる複数の位置のそれぞれに、第１プローブ及び第２プローブの一方が順に位置することとなるように、第１プローブ及び第２プローブを一体的に移動させている。そして、複数の位置のそれぞれで得られた位相が滑らかに繋がる等の補間の条件を課すことで、より空間分解能の高い位相分布が測定される。
【０１２２】
次に、上記実施の形態の電磁界測定装置の応用例として、ミリ波を用いて非破壊で対象物の中を可視化する位相イメージング装置を説明する。
【０１２３】
図１４は、上記実施の形態の電磁界測定装置を用いた位相イメージング装置８０の構成を示すブロック図である。
【０１２４】
位相イメージング装置８０は、電磁波が対象物１００を透過又は反射（本応用例では、透過）するときの電磁波の位相シフト量を測定して画像化する装置であり、電磁波源８２、光学装置９０、位置決めステージ１１０、電磁界測定装置１０ａ（検出部２０ａ及び雑音キャンセル部３０ａ）、及び、画像化装置１２０で構成される。
【０１２５】
電磁波源８２は、電磁波を出射する装置である。
【０１２６】
光学装置９０は、電磁波源８２から出射された電磁波を第１電磁波及び第２電磁波に分岐させる光学系であり、集光レンズ９２ａ〜９２ｃ、ビームスプリッタ９４、及び、放物面鏡９６ａ〜９６ｄで構成される。電磁波源８２から出射された電磁波は、集光レンズ９２ａで平行光となり、ビームスプリッタ９４で第１電磁波及び第２電磁波に分岐され、第１電磁波が放物面鏡９６ａ〜９６ｄを反射し、集光レンズ９２ｃで集光される。本応用例では、放物面鏡９６ｃと放物面鏡９６ｄとの間の光路上に対象物１００が置かれ、第１電磁波が対象物１００を透過する。
【０１２７】
位置決めステージ１１０は、光学装置９０で分岐された第１電磁波及び第２電磁波のうち第１電磁波だけが対象物１００における２次元状の複数の測定点を順に走査しながら入射するように、対象物１００と第１電磁波との相対的位置関係を変化させる機構部の一例（本実施の形態では、ＸＹステージ）である。本応用例では、画像化装置１２０によって、対象物１００を移動するように、制御される。なお、ガルバノミラー等を用いて第１電磁波の対象物１００への入射方向を変化させることで、対象物１００と第１電磁波との相対的位置関係を変化させてもよい。
【０１２８】
電磁界測定装置１０ａは、対象物１００を透過又は反射した第１電磁波と対象物１００を透過及び反射していない第２電磁波との位相差を、対象物１００における複数の測定点のそれぞれについて、測定する装置である。本応用例では、電磁界測定装置１０ａは、機能的には、上記実施の形態に係る電磁界測定装置１０と同じ装置であり、検出部２０ａ及び雑音キャンセル部３０ａを備える。
【０１２９】
検出部２０ａは、光学装置９０で得られた第１電磁波及び第２電磁波を検出して電気信号に変換する装置であり、局部発振器１５０、ホーンアンテナ１５１及び１５２、高周波ミキサ１５３及び１５４、逓倍器１５５及び１５６で構成される。局部発振器１５０は、上記電磁界測定装置１０の検出部２０におけるＬＯ信号を出力する発振器である。ホーンアンテナ１５１及び１５２、並びに、高周波ミキサ１５３及び１５４は、それぞれ、上記電磁界測定装置１０の検出部２０における第１プローブ２１、第２プローブ２２、第１周波数変換器２３及び第２周波数変換器２４に相当する。本応用例では、ホーンアンテナ１５１が装荷された高周波ミキサ１５３は、光学装置９０から出力される、対象物１００を透過又は反射（本応用例では、透過）した第１電磁波を検出する測定用の第１プローブ及び第１周波数変換器として機能し、一方、ホーンアンテナ１５２が装荷された高周波ミキサ１５４は、光学装置９０から出力される、対象物１００を透過及び反射していない（ビームスプリッタ９４で生成された）第２電磁波を検出する参照用の第２プローブ及び第２周波数変換器として機能する。逓倍器１５５及び１５６は、局部発振器１５０から出力されたＬＯ信号を逓倍し、それぞれ、高周波ミキサ１５３及び１５４に出力する。
【０１３０】
雑音キャンセル部３０ａは、検出部２０ａの第１プローブ（ホーンアンテナ１５１が装荷された高周波ミキサ１５３）から出力される第１ＩＦ信号と、第２プローブ（ホーンアンテナ１５２が装荷された高周波ミキサ１５４）から出力される第２ＩＦ信号との位相差を検出する処理部であり、上記電磁界測定装置１０の雑音キャンセル部３０が備える構成（参照信号発生器３１、第１乗算器３２、フィルタ３３、第２乗算器３４及び同期検波器３５）に、信号を増幅するためのアンプ１３０ａ〜１３０ｃが追加された構成を備える。
【０１３１】
画像化装置１２０は、対象物１００の複数の測定点のそれぞれについて電磁界測定装置１０ａで測定された位相差（雑音キャンセル部３０ａの同期検波器３５で抽出された信号成分の位相）を、その測定点の座標に対応させて画像化する処理部であり、例えば、同期検波器３５の出力端子及び位置決めステージ１１０の制御入力端子と接続されたパーソナルコンピュータである。より詳しくは、画像化装置１２０は、位置決めステージ１１０を制御することで、ビームスプリッタ９４で生成された第１電磁波が対象物１００における２次元状の複数の測定点の一つに入射するように対象物１００を移動させ、その状態で、電磁界測定装置１０ａで測定された位相差を取得し、取得した位相差を測定点の座標と対応づけて記憶する、という処理を、複数の測定点のそれぞれについて繰り返す。そして、画像化装置１２０は、複数の測定点について得られた位相差を画素値に変換（例えば、位相差が大きいほど青色に近い色となるように位相差を色に変換）したうえで、測定点の座標に対応させて、画素値を表示することで、画像化する。
【０１３２】
なお、電磁界測定装置１０ａで測定される位相差には、光学装置９０における第１電磁波の伝搬長と第２電磁波の伝搬長との差に基づく位相差（オフセット位相差）が含まれるが、このオフセット位相差は測定点によらずに一定なので、測定された位相差からオフセット位相差を除くことによって、対象物１００の透過に起因する正味の位相差が得られる。
【０１３３】
図１５は、図１４に示される位相イメージング装置８０による実験を説明するための図である。図１５の（ａ）は、対象物１００の外観を示し、図１５の（ｂ）は、対象物１００に内蔵された物を示す。ここでは、対象物１００は、Ｍ字（大きさが５０ｍｍ×５０ｍｍ）をかたどったアクリル板１０５（図１５の（ｂ））が差し込まれた本（厚さが２５ｍｍ）である（図１５の（ａ））。図１５の（ｃ）は、参考例としての画像例（図１５の（ｂ）における７０ｍｍ×１００ｍｍの領域１０７における画像例）、つまり、振幅イメージングによる画像例（電磁界測定装置１０ａの第１プローブ及び第２プローブで得られた信号の振幅積に対応する画像例）を示す図であり、図１５の（ｄ）は、本応用例における位相イメージング装置８０で得られた位相イメージングによる画像例（図１５の（ｂ）における７０ｍｍ×１００ｍｍの領域１０７における画像例）を示す図である。
【０１３４】
なお、本実験では、電磁波源８２として、１０ｍＷ程度の比較的高い出力のミリ波を出力するＧｕｎｎ発振器が用いられ、そのミリ波の周波数は、３ＭＨ程度変動する。また、局部発振器１５０から出力されるＬＯ信号はおよそ９．７ＧＨｚであり、これが逓倍器１５５及び１５６で８逓倍されて高周波ミキサ１５３及び１５４に入力される。高周波ミキサ１５３及び１５４からは、およそ５ＭＨｚに周波数変換された第１ＩＦ信号及び第２ＩＦ信号が出力され、それぞれ、雑音キャンセル部３０ａのアンプ１３０ａ及び１３０ｂで増幅されて第１乗算器３２及び第２乗算器３４に入力される。雑音キャンセル部３０ａにおける参照信号発生器３１から出力される参照信号の周波数ｆｓは１．７ＭＨｚである。
【０１３５】
図１５の（ｃ）に示される画像例から分かるように、アクリル板１０５はミリ波に対して吸収量が小さいために振幅イメージングの結果ではコントラストが低く不明瞭である。一方、図１５の（ｄ）に示される画像例から分かるように、位相イメージングによれば高いコントラストが得られる。
【０１３６】
このように、本応用例における位相イメージング装置８０によれば、被測定電磁界における電界又は磁界の位相及び周波数ゆらぎがキャンセルされるので、周波数が変動する電磁波源８２を用いているにも拘わらず、高いコントラストで、対象物１００の中が非破壊で可視化される。つまり、本応用例により、高出力であるが周波数ゆらぎを有し、外部から位相同期をすることが困難な光源（電磁波源８２）を使った場合であっても、安定して高精度な位相イメージングが可能となる。
【０１３７】
なお、本応用例の位相イメージング装置８０では、透過型のイメージングが行われたが、反射型のイメージングが行われてもよい。
【０１３８】
また、本応用例の位相イメージング装置８０では、電磁界測定装置１０ａは、機能的には、上記実施の形態に係る電磁界測定装置１０と同じ装置であったが、これに限られず、上記実施の形態の第１変形例に係る電磁界測定装置１１、又は、上記実施の形態の第２変形例に係る雑音キャンセル部６０を備える電磁界測定装置であってもよい。
【０１３９】
なお、複数本のプローブを一体的に移動させる場合には、参照信号発生器３１から同期検波器３５に入力される参照信号に含まれるオフセット位相を知る必要がある。同期検波器３５から出力される信号には、そのオフセット位相がノイズとして含まれることになるので、計測された位相差からそのオフセット位相を差し引くためである。以下、そのオフセット位相の算出方法を説明する。
【０１４０】
図１６は、参照信号発生器３１から同期検波器３５に入力される参照信号に含まれるオフセット位相φｏｆｆの算出方法を説明するための図である。図１６の（ａ）は、オフセット位相φｏｆｆの雑音キャンセル部３０における影響を説明する図であり、図１６の（ｂ）は、上述した雑音キャンセル部３０に、オフセット位相φｏｆｆを算出する回路（オフセット位相算出部３７）が付加された回路の構成を示すブロック図である。
【０１４１】
図１６の（ａ）に示されるように、いま、第１プローブから出力される信号がＡ１ｃｏｓ（ω０ｔ＋Δφ＋φｍ）とし、第２プローブから出力される信号がＡ２ｃｏｓ（ω０ｔ＋φｍ）とする。ここで、ω０は、被測定電磁界の角周波数であり、Δφは、第１プローブの位置と第２プローブの位置での被測定電磁界の位相差であり、φｍは、被測定電磁界の位相ゆらぎである。また、参照信号発生器３１から第１乗算器３２に入力される参照信号は、周波数ｆｓ（角周波数ωｓ）の信号であり、参照信号発生器３１から第２乗算器３４に入力される参照信号は、ｃｏｓ（ωｓｔ＋φｏｆｆ）の信号であるとする。ここで、φｏｆｆは、参照信号のオフセット位相（第１乗算器３２に入力される参照信号を基準としたオフセット位相）である。
【０１４２】
この状態では、上記実施の形態で説明した原理により、第２乗算器３４から出力される信号は、（Ａ１Ａ２／４）ｃｏｓ（ωｓｔ＋Δφ＋φｏｆｆ）となる。よって、同期検波器３５で抽出される信号成分の位相は、（Δφ＋φｏｆｆ）となる。つまり、計測したい位相差Δφに、参照信号のオフセット位相φｏｆｆが加算された値となる。よって、参照信号のオフセット位相φｏｆｆを知る必要がある。
【０１４３】
そこで、図１６の（ｂ）に示されるように、図１６の（ａ）に示される雑音キャンセル部３０に、参照信号のオフセット位相φｏｆｆを算出する回路（オフセット位相算出部３７）を付加する。オフセット位相算出部３７は、雑音キャンセル部３０が備える第１乗算器３２、フィルタ３３、第２乗算器３４及び同期検波器３５のそれぞれと同じ機能の第１乗算器３２ａ、フィルタ３３ａ、第２乗算器３４ａ及び同期検波器３５ａを備える。第１プローブから出力された信号は、第１乗算器３２ａだけでなく、第２乗算器３４にも並列に入力される。また、第１乗算器３２ａ及び同期検波器３５ａには、雑音キャンセル部３０が備える参照信号発生器３１から参照信号が入力される。
【０１４４】
このようなオフセット位相算出部３７によれば、第１乗算器３２ａにおいて第１プローブからの出力信号と参照信号とが乗算され、その出力信号に対して、さらに、第２乗算器３４において第１プローブからの出力信号が乗算されるので、第２乗算器３４から出力される信号は、（Ａ１２／４）ｃｏｓ（ωｓｔ＋φｏｆｆ）となる。よって、この信号が入力された同期検波器３５で抽出される信号成分の振幅は（Ａ１２／４）となり、位相はφｏｆｆとなる。つまり、オフセット位相算出部３７によって、参照信号のオフセット位相φｏｆｆが算出されることになる。よって、雑音キャンセル部３０で算出された位相（Δφ＋φｏｆｆ）から、オフセット位相算出部３７によって算出されたオフセット位相φｏｆｆを差し引くことで、第１プローブの位置と第２プローブの位置での被測定電磁界の位相差Δφが求まる。
【０１４５】
なお、オフセット位相算出部３７によれば、振幅（Ａ１２／４）が得られることから分かるように、第１プローブからの出力信号の振幅Ａ１も高感度で測定できるというメリットもある。ただし、振幅Ａ１の検出については、ＩＦ信号のパワー検出や、整流回路を用いた検出等であってもよい。
【０１４６】
このように、オフセット位相算出部３７によれば、第１プローブで得られた信号に参照信号を乗じ、得られた信号に第１プローブで得られた信号を乗じ、得られた信号から、参照信号に同期する信号成分を抽出することで、参照信号のオフセット位相φｏｆｆが算出される（オフセット位相算出ステップ）。これにより、複数本のプローブを一体的に移動させる場合において、被測定電磁界の計測と同時に参照信号のオフセット位相φｏｆｆが求まり、同期検波器３５で抽出される信号成分の位相からノイズとしてのオフセット位相φｏｆｆを差し引くことで、高い精度で位相差が求められる。
【０１４７】
ここで、参照信号のオフセット位相φｏｆｆの算出方法としては、図１６に示されたオフセット位相算出部３７による方法だけに限られない。例えば、第１プローブと第２プローブとを入れ換えることで、φ１−φ２＋φｏｆｆとφ２−φ１＋φｏｆｆとを測定し、これらの和からφｏｆｆを算出してもよい。ここで、φ１は、第１プローブの位置における被測定電磁界の位相であり、φ２は、第２プローブの位置における被測定電磁界の位相である。
【０１４８】
なお、第１プローブと第２プローブの入れ換えは、電子的スイッチによって切り替えてもよい。例えば、ある測定点において、電子的スイッチによって第１プローブと第２プローブとを入れ換えた測定、つまり、２回の測定を行い、その後に次の測定点に第１プローブ及び第２プローブを移動させるという処理を繰り返してもよい。
【０１４９】
このように、複数の測定点の一つについて、上記配置ステップにおける第１プローブ及び第２プローブの位置を入れ換えた状態で、上記第１乗算ステップ、第２乗算ステップ及び同期検波ステップを実行し、上記配置ステップにおいて同期検波ステップで抽出された信号成分の位相（φ１−φ２＋φｏｆｆ）と、入れ換え後における同期検波ステップで抽出された信号成分の位相（φ２−φ１＋φｏｆｆ）とを加算することで参照信号のオフセット位相φｏｆｆを算出するオフセット位相算出ステップを実行してもよい。これにより、複数本のプローブを一体的に移動させる場合において、プローブを入れ換えることで参照信号のオフセット位相が求まり、同期検波器３５で抽出される信号成分の位相からノイズとしてのオフセット位相φｏｆｆを差し引くことで、高い精度で位相差が求められる。
【０１５０】
以上、本発明に係る電磁界測定装置、電磁界測定方法及び位相イメージング装置について、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０１５１】
例えば、上記実施の形態では、第１乗算器３２から出力される２つの信号成分（２つの入力信号の周波数の和及び差の周波数をもつ信号成分）のうち、差の周波数をもつ信号成分が利用されたが、和の周波数をもつ信号成分が利用されてもよい。この場合には、第２乗算器３４から出力される２つの信号成分（２つの入力信号の周波数の和及び差の周波数をもつ信号成分）のうち、差の周波数をもつ信号成分が参照信号に同期する信号成分として同期検波器３５で検波される。これにより、実施の形態１と同様に、被測定電界の位相及び周波数ゆらぎがキャンセルされ、かつ、中間周波数に依存する信号成分がキャンセルされた、参照信号の周波数ｆｓ（＝ｆｓ＋ｆＩＦ−ｆＩＦ）をもつ信号成分だけが抽出される。
【０１５２】
また、上記実施の形態の第１変形例では、ＥＯ型検出部として、光フィルタ等が用いられたが、このような構成に限られず、例えば、特開２００７−５７３２４号公報（特許文献２）に開示された偏光処理装置と同様の構成であってもよい。
【０１５３】
また、上記実施の形態等における電磁界測定装置によって得られた被測定電磁界の位相及び振幅の空間分布を可視化してもよい。図１７は、上記実施の形態の変形例１に相当する電磁界測定装置によって得られた被測定電磁界の位相の空間分布を可視化した例を示す図である。この実験では、およそ７７．７ＧＨｚで自励発振するＧｕｎｎ発振器で発生されたＲＦ信号を図１７の（ａ）に示されるようなホーンアンテナから放射した。Ｇｕｎｎ  ｄｉｏｄｅは±３００ｋＨｚ程度の周波数揺らぎを有していた。電磁界測定装置の一方のプローブを空間の一点に固定し、他方のプローブを空間内で動かすことで、被測定電磁界の位相の空間分布を取得し、コンピュータを用いて、図１７に示される位相と色（ここでは、濃淡）との対応を示すカラー（ここでは、グレースケール）バーに従って、取得された位相を、対応する色（ここでは、濃淡）に変換し、測定位置に対応させて画像化（可視化）した。なお、図１７では白黒による図示の都合上、色の変化が濃淡で表現されているが、カラーで表現されてもよい。図１７の（ｂ）に示される図のうち、空間分布の箇所は実験の結果を示す可視化データであり、ホーンアンテナの箇所はＣＡＤデータである。このような被測定電磁界の位相及び振幅の空間分布の可視化により、被測定電磁界の位相及び振幅の空間分布を直感的に知ることができる。
【０１５４】
また、上記実施の形態の第２変形例では、雑音キャンセル部６０は、プログラム６４によって実現されたが、ＤＳＰやデジタルフィルタ、ＦＰＧＡ等を含む論理回路によって実現してもよい。
【０１５５】
また、上記応用例における位相イメージング装置８０では、２本のプローブによる１次元用プローブが用いられたが、３本のプローブによる２次元用プローブを用いてもよい。ミキサを２次元アレイ化したものでもよい。これにより、対象物１００における２次元状の複数の測定点を走査するのに要する時間が短縮される。
【０１５６】
また、上記実施の形態等における電磁界測定方法及び電磁界測定装置では、３本のプローブを移動させることに代えて、ＣＣＤカメラのように２次元アレイ状に配置されたプローブアレイを用いてもよい。これにより、プローブを移動させることなく、プローブアレイにおける各プローブ間の相対位相、あるいは、ある一点を参照点として、これとの相対位相を測定することで、電界又は磁界の空間分布を測定できる。同様に、２本のプローブを移動させることに代えて、１次元アレイ状に配置されたプローブアレイを用いてもよい。
【０１５７】
また、上記実施の形態等では、アンテナ等から放射された放射電磁界を測定するために空間にプローブが配置されたが、回路上の電位を測定するためにプローブが配置されてもよい。いずれであっても、プローブによって得られた電圧信号を処理する点で共通するからである。よって、本明細書において、「電界又は磁界を測定するために空間にプローブを配置する」とは、放射電界又は放射磁界を測定するために空間にプローブを配置するケースだけではなく、電位を測定するために回路上にプローブを配置するケースも含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１５８】
本発明は、電界又は磁界の空間分布を安定かつ精密に測定する電磁界測定方法、電磁界測定装置及び位相イメージング装置として、例えば、信号発生源とアンテナ等の放射体とが集積された回路（オンチップアンテナ）からの放射パターンを解析する装置、及び、非破壊で対象物の中を可視化する検査装置として、利用できる。
【符号の説明】
【０１５９】
１０、１０ａ、１１  電磁界測定装置
２０、２０ａ  検出部
２１  第１プローブ
２２  第２プローブ
２３  第１周波数変換器
２４  第２周波数変換器
３０、３０ａ、６０  雑音キャンセル部
３１  参照信号発生器
３２、３２ａ  第１乗算器
３３、３３ａ  フィルタ
３４、３４ａ  第２乗算器
３５、３５ａ  同期検波器
３７  オフセット位相算出部
４０  外部雑音源
４１、４２  発振器
５０  ＥＯ型検出部
５１  第１ＥＯプローブ
５２  第２ＥＯプローブ
５３  第１光サーキュレータ
５４  第２光サーキュレータ
５５  第１光フィルタ
５６  第２光フィルタ
５７  第１光検出器（ＰＤ）
５８  第２光検出器（ＰＤ）
６１  第１Ａ／Ｄ変換器
６２  第２Ａ／Ｄ変換器
６３  コンピュータ装置
６４  プログラム
７０  位相差検出装置
８０  位相イメージング装置
８２  電磁波源
９０  光学装置
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ  集光レンズ
９４  ビームスプリッタ
９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄ  放物面鏡
１００  対象物
１１０  位置決めステージ
１２０  画像化装置
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ  アンプ
１５０  局部発振器
１５１、１５２  ホーンアンテナ
１５３、１５４  高周波ミキサ
１５５、１５６  逓倍器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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