(57)【要約】【課題】テラヘルツ帯の電磁波を試料に照射して得られた透過波を、電気光学結晶を介して、正確な２次元画像にイメージングする電磁波イメージング装置を提供する。【解決手段】電磁波Ｍ１を試料１１０に照射して得られた透過電磁波Ｍ２から、試料１１０に関する画像情報を取得する電磁波イメージング装置１００は、透過電磁波Ｍ２と同時にプローブ光Ｓ１が入射すると、透過電磁波Ｍ２の電界強度に応じてプローブ光Ｓ１の偏光成分を変調し、変調して得られた信号光Ｓ２を射出する電気光学結晶１２３と、電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２に対して４５度方向の偏光成分を１／４波長移相し、移相して得られた信号光Ｓ３における水平方向の偏光成分と垂直方向の偏光成分との間で差分をとることで画像信号光Ｓ１０を生成して射出する光差分部１３０と、画像信号光Ｓ１０を受光する撮像部１５０とを備える。【選択図】図３
2009025053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を試料に照射して得られた透過波から、前記試料に関する画像情報を取得する電磁波イメージング装置であって、
前記透過波と同時にレーザ光が入射すると、前記透過波の電界強度に応じて前記レーザ光の偏光成分を変調し、変調して得られた信号光を射出する電気光学結晶と、
前記電気光学結晶から射出された信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光における第１の方向の偏光成分と第２の方向の偏光成分との間で差分をとることで画像信号光を生成して射出する光差分手段と、
前記画像信号光を受光する撮像手段とを備える
ことを特徴とする電磁波イメージング装置。
【請求項２】
前記光差分手段は、
前記電気光学結晶から射出された信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する移相子と、
前記移相子から射出された信号光の光束を２分割し、２分割して得られた各信号光を第１の信号光と第２の信号光として射出する分割素子と、
前記第１の信号光における第１の方向の偏光成分から第１の偏光状態をとる第３の信号光を生成して射出する第１の光学系と、
前記第２の信号光における第２の方向の偏光成分から第２の偏光状態をとる第４の信号光を生成して射出する第２の光学系と、
前記第３の信号光と前記第４の信号光とを結合し、結合して得られた信号光を前記画像信号光として射出する結合素子とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項３】
前記第１の光学系は、前記第３の信号光として第１の直線偏光を生成して射出し、
前記第２の光学系は、前記第４の信号光として前記第１の直線偏光に対して１８０度の位相差を有する第２の直線偏光を生成して射出する
ことを特徴とする請求項２に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項４】
前記第１の光学系は、
前記第１の信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、
前記第２の光学系は、
前記第２の信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、
前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、光の進行方向からみて前記所定の方向と前記第２の方向とによってつくられる角度を２倍にした２倍角で前記第２の方向の偏光成分を回転させた偏光成分に転換し、転換して得られた偏光成分を前記第２の直線偏光として射出する光学素子とを備える
ことを特徴とする請求項３に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項５】
前記第１の光学系は、
前記第１の信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、
前記第２の光学系は、
前記第２の信号光を、光の進行方向からみて前記所定の方向の偏光成分と前記所定の方向に直交する方向の偏光成分との間で１８０度の位相差を有した信号光に転換し、転換して得られた信号光を射出する光学素子と、
前記光学素子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第２の直線偏光として射出する第２の偏光素子とを備える
ことを特徴とする請求項３に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項６】
前記所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、
前記第１の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、
前記第２の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、
前記移相子が１／４波長板であり、
前記光学素子が１／２波長板である
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項７】
前記第１の光学系は、前記第３の信号光として第１の円偏光を生成して射出し、
前記第２の光学系は、前記第４の信号光として前記第１の円偏光に対して反対回りの第２の円偏光を生成して射出する
ことを特徴とする請求項２に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項８】
前記第１の光学系は、
前記第１の信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を射出する第１の偏光素子と、
前記第１の偏光素子から射出された第１の方向の偏光成分を、円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を前記第１の円偏光として射出する第１の光学素子とを備え、
前記第２の光学系は、
前記第２の信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、
前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、前記第１の円偏光に対して反対回りの円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を前記第２の円偏光として射出する第２の光学素子とを備える
ことを特徴とする請求項７に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項９】
前記所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、
前記第１の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、
前記第２の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、
前記移相子が１／４波長板であり、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子が１／４波長板である
ことを特徴とする請求項８に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１０】
前記光差分手段は、
前記電気光学結晶から射出された信号光の光束を２分割し、２分割して得られた各信号光を第１の信号光と第２の信号光として射出する分割素子と、
前記第１の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光における第１の方向の偏光成分から第１の偏光状態をとる第３の信号光を生成して射出する第１の光学系と、
前記第２の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光における第２の方向の偏光成分から第２の偏光状態をとる第４の信号光を生成して射出する第２の光学系と、
前記第３の信号光と前記第４の信号光とを結合し、結合して得られた信号光を前記画像信号光として射出する結合素子とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１１】
前記第１の光学系は、前記第３の信号光として第１の直線偏光を生成して射出し、
前記第２の光学系は、前記第４の信号光として前記第１の直線偏光に対して１８０度の位相差を有する第２の直線偏光を生成して射出する
ことを特徴とする請求項１０に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１２】
前記第１の光学系は、
前記第１の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第１の移相子と、
前記第１の移相子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、
前記第２の光学系は、
前記第２の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第２の移相子と、
前記第２の移相子から射出された信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、
前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、光の進行方向からみて前記所定の方向と前記第２の方向とによってつくられる角度を２倍にした２倍角で前記第２の方向の偏光成分を回転させた偏光成分に転換し、転換して得られた偏光成分を前記第２の直線偏光として射出する光学素子とを備える
ことを特徴とする請求項１１に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１３】
前記第１の光学系は、
前記第１の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第１の移相子と、
前記第１の移相子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、
前記第２の光学系は、
前記第２の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第２の移相子と、
前記第２の移相子から射出された信号光を、光の進行方向からみて前記所定の方向の偏光成分と前記所定の方向に直交する方向の偏光成分との間で１８０度の位相差を有した信号光に転換し、転換して得られた信号光を射出する光学素子と、
前記光学素子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第２の直線偏光として射出する第２の偏光素子とを備える
ことを特徴とする請求項１１に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１４】
前記所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、
前記第１の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、
前記第２の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、
前記第１の移相子および前記第２の移相子が１／４波長板であり、
前記光学素子が１／２波長板である
ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１５】
前記第１の光学系は、前記第３の信号光として第１の円偏光を生成して射出し、
前記第２の光学系は、前記第４の信号光として前記第１の円偏光に対して反対回りの第２の円偏光を生成して射出する
ことを特徴とする請求項１０に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１６】
前記第１の光学系は、
前記第１の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第１の移相子と、
前記第１の移相子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を射出する第１の偏光素子と、
前記第１の偏光素子から射出された第１の方向の偏光成分を、円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を前記第１の円偏光として射出する第１の光学素子とを備え、
前記第２の光学系は、
前記第２の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第２の移相子と、
前記第２の移相子から射出された信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、
前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、前記第１の円偏光に対して反対回りの円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を前記第２の円偏光として射出する第２の光学素子とを備える
ことを特徴とする請求項１５に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１７】
前記所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、
前記第１の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、
前記第２の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、
前記第１の移相子および前記第２の移相子が１／４波長板であり、
前記第１の光学素子および前記第２の光学素子が１／４波長板である
ことを特徴とする請求項１６に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１８】
前記電磁波イメージング装置は、前記電磁波が電磁波パルスであり、前記レーザ光がパルスレーザ光である
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項１９】
前記分割素子、前記第１の偏光素子、および前記第２の偏光素子が同一の偏光ビームスプリッタである
ことを特徴とする請求項４又は８に記載の電磁波イメージング装置。
【請求項２０】
前記第１の光学系は、前記第１の偏光素子から射出された第１の方向の偏光成分を前記第１の偏光素子が配置されている方向に反射する第１の反射ミラーとを備え、
前記第２の光学系は、前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を前記第２の偏光素子が配置されている方向に反射する第２の反射ミラーとを備え、
前記第１の移相子と前記第１の光学素子とが同一の１／４波長板であり、
前記第２の移相子と前記第２の光学素子とが同一の１／４波長板であり、
前記分割素子と前記結合素子とが同一のハーフミラーである
ことを特徴とする請求項１７に記載の電磁波イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を使用して正確な２次元画像に試料をイメージングする電磁波イメージング装置に関し、特に、テラヘルツ帯の電磁波を試料に照射して得られた透過波から２次元画像にイメージングする電磁波イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、周波数が０．１から１００ＴＨｚの範囲にあるテラヘルツ帯の電磁波を用いた装置が活発に開発されている。テラヘルツ帯の電磁波は、水分、薬物、爆発物、生体物質などの材料に対しては特徴的な吸収特性を有する。一方で、紙、プラスチックなどの材料は透過するため、例えば、空港などで荷物や郵便物の中身を、非破壊で検査することができる。また、人間の体内をある程度透過し、かつ人体には無害であるため、生体内の細胞などの分子状態を検査することができる。このようにテラヘルツ帯の電磁波を用いた装置は、セキュリティー用途や医療用途として非常に注目を集めている。特に、テラヘルツ帯の電磁波を用いて、２次元で、かつその場で映像が見ることができるような電磁波イメージング装置の需要が急速に高まりつつあり、活発な開発が進められている。
【０００３】
例えば、パルス幅１ピコ秒以下の超短パルスレーザ光をＺｎＴｅ結晶などの電気光学結晶に照射することにより、超短パルスレーザ光のパルス幅程度の緩和時間を有する励起状態に励起し、この間に発生する電界変化をテラヘルツ帯の電磁波として取り出す。一方、このようにして発生させたテラヘルツ帯の電磁波は、所定の試料に照射され、その透過光は、超短パルスレーザ光から得られるプローブ光と同時に、電気光学結晶に照射する。このとき、透過光の光強度に応じた偏光状態で楕円偏光したプローブ光が生じる。このため、そのプローブ光の偏光成分の強度を検出することにより、試料の透過画像の受信が実現される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
具体的には、図１に示されるように、パルスレーザ光源１０から射出された超短パルスレーザ光Ｌ１は、ミラー１１で反射された後、ビームスプリッタ１２で超短パルスレーザ光Ｌ２とプローブ光Ｌ３とに分割される。超短パルスレーザ光Ｌ２は、ミラー１３ａ、１３ｂで反射された後、可動鏡１４で反射されビームエキスパンダ１５でビーム径が拡大される。さらに、超短パルスレーザ光Ｌ２は、ミラー１６で反射された後、電気光学結晶１７に入射し、テラヘルツパルス光Ｔ１に変換される。テラヘルツパルス光Ｔ１は、試料１を透過すると、試料１の形状、材料情報を有する透過光Ｔ２に変換される。対物レンズ１８は、透過光Ｔ２が電気光学結晶２０に結像するように光学的に配置されている。
【０００５】
一方、プローブ光Ｌ３は、ミラー２１，２２，２３で反射され、ビームエキスパンダ２４でビーム径が拡大された後、偏光子２５を透過し、特定の方向に偏光される。このプローブ光Ｌ３は、例えば、高抵抗のシリコンウエハなどのダイクロイックミラー１９で反射され電気光学結晶２０に照射される。
【０００６】
このとき、プローブ光Ｌ３と、ダイクロイックミラー１９を透過した透過光Ｔ２とが、同時に、電気光学結晶２０に照射されるように、可動鏡１４は調整されている。透過光Ｔ２は、電気光学結晶２０を透過する際に、ポッケルス効果により電気光学結晶内２０に複屈折を生じさせる。この複屈折により、透過光Ｔ２と同時に電気光学結晶２０を透過するプローブ光Ｌ３は、偏光方向が直線偏光から楕円偏光に変化し信号光Ｌ４として電気光学結晶２０から射出される。このとき、楕円偏光の短軸成分が試料１の情報となる。この信号光Ｌ４の偏光の短軸成分は、検光子２６を透過することにより光強度として、例えば、ＣＣＤカメラである撮像部２７の撮像素子２７ａで検出される。この光強度を２次元で取り込むことにより、試料１の形状、材料情報の分布を検出することができる。
【０００７】
ただし、このような検光子２６と撮像部２７との構成においては、透過光Ｔ２に起因する偏光成分を光強度に変換する際に、変換効率が低いため、Ｓ／Ｎ比が低いという課題を有する。これに対して、変換効率を改善するため、λ／４位相差板と、ウォーラストン偏光子と、平衡フォトダイオードで構成される撮像部を用いた方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
具体的には、図２に示されるように、電気光学結晶２０から出射された信号光Ｌ４は、λ／４位相差板５１により円偏光に近い楕円偏光に変換される。一方、透過光Ｔ２がない状態での信号光Ｌ４の偏光状態は、λ／４位相差板５１により円偏光に変換される。したがって、試料１の情報は、楕円偏光がどれだけ円偏光からずれているかという情報に変換される。このような楕円偏光の円偏光からのズレを検出するため、ウォーラストン偏光子５５により、楕円偏光の長軸方向の光強度を有する直線偏光Ｓと、短軸方向の光強度を有する直線偏光Ｐとの２つの偏光に分割し、撮像部６０の平衡フォトダイオード６１でそれらの差を出力させるようにする。この構成により、透過光Ｔ２に起因する光強度の変換効率が改善され、より効率良く試料１の情報を得ることができる。
【特許文献１】特開２００６−１７７７１６号公報
【特許文献２】特表２０００−５１４５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述のような従来の電磁波イメージング装置５０の構成においては、以下のような課題があげられる。まず、撮像部６０のダイナミックレンジにおける課題が挙げられる。従来技術で用いられている平衡フォトダイオード６１は、２つのフォトダイオードを直列に接続し、そのフォトカレントの差が電流として出力される。また、各々のフォトダイオードに関しては、ウォーラストン偏光子５５からの直線偏光Ｓまたは直線偏光Ｐの光が入射される。このとき、各フォトダイオードは、直線偏光Ｓまたは直線偏光Ｐの光強度を受光できる程度のダイナミックレンジが必要となる。そうでなければ、各フォトダイオードが飽和し、円偏光から得られた直線偏光（バックグランド光）からのズレを検出することができない。
【００１０】
ただし、このような十分なダイナミックレンジを有するフォトダイオードは受光領域を大きくする必要があり、ＣＣＤのような撮像部には適していない。つまり、ＣＣＤのフォトダイオードの受光領域を小さくし、撮像部を小型化、高速化、高解像度化させることと、上記の要望とは反する。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、テラヘルツ帯の電磁波を試料に照射して得られた透過波を、電気光学結晶を介して、正確な２次元画像にイメージングする電磁波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】
【００１２】
上記目的を達成するために、（ａ）本発明に係わる電磁波イメージング装置は、（ａ１）電磁波を試料に照射して得られた透過波から、前記試料に関する画像情報を取得する電磁波イメージング装置であって、（ａ２）前記透過波と同時にレーザ光が入射すると、前記透過波の電界強度に応じて前記レーザ光の偏光成分を変調し、変調して得られた信号光を射出する電気光学結晶と、（ａ３）前記電気光学結晶から射出された信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光における第１の方向の偏光成分と第２の方向の偏光成分との間で差分をとることで画像信号光を生成して射出する光差分手段と、（ａ４）前記画像信号光を受光する撮像手段とを備える。
【００１３】
これによって、電気光学結晶から射出された信号光が撮像手段で受光される前に、信号光に含まれて試料の情報に起因しないバックグランド光を信号光から取り除くことができる。このため、撮像手段のフォトダイオードのダイナミックレンジを十分に取る必要がなくなる。さらに、ダイナミックレンジを十分に取る必要がないので、ＣＣＤのフォトダイオードの受光領域を大きくする必要もなく、撮像手段の小型化、高速化、高解像度化を簡単に実現することができる。結果、電磁波を使用して正確な２次元画像に試料をイメージングすることができる。
【００１４】
さらに、（ｂ）前記光差分手段は、（ｂ１）前記電気光学結晶から射出された信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する移相子と、（ｂ２）前記移相子から射出された信号光の光束を２分割し、２分割して得られた各信号光を第１の信号光と第２の信号光として射出する分割素子と、（ｂ３）前記第１の信号光における第１の方向の偏光成分から第１の偏光状態をとる第３の信号光を生成して射出する第１の光学系と、（ｂ４）前記第２の信号光における第２の方向の偏光成分から第２の偏光状態をとる第４の信号光を生成して射出する第２の光学系と、（ｂ５）前記第３の信号光と前記第４の信号光とを結合し、結合して得られた信号光を前記画像信号光として射出する結合素子とを備えるとしてもよい。
【００１５】
これによって、バックグランド光が含まれない画像信号光を容易に得ることができる。この場合において、移相子で、電気光学結晶から射出された信号光が、バックグランド光を取り除きやすくする信号光に転換される。さらに分割素子で、転換されて得られた信号光が第１の信号光と第２の信号光とに分割される。第１の光学系と第２の光学系とで、第１の信号光と第２の信号光とが、バックグランド光を相殺しやすくする第３の信号光と第４の信号光とに転換される。結合素子で、第３の信号光と第４の信号光とが結合され、第３の信号光に含まれるバックグランド光と、第４の信号光に含まれるバックグランド光とが相殺され、バックグランド光が含まれない画像信号光が得られる。
【００１６】
さらに、（ｃ）（ｃ１）前記第１の光学系は、前記第３の信号光として第１の直線偏光を生成して射出し、（ｃ２）前記第２の光学系は、前記第４の信号光として前記第１の直線偏光に対して１８０度の位相差を有する第２の直線偏光を生成して射出するとしてもよい。
【００１７】
これによって、第３の信号光（第１の直線偏光）と第４の信号光（第２の直線偏光）とを結合することで、第３の信号光（第１の直線偏光）に含まれるバックグランド光と、第４の信号光（第２の直線偏光）に含まれるバックグランド光とが相殺し、バックグランド光が含まれない画像信号光を容易に得ることができる。
【００１８】
さらに、（ｄ）（ｄ１）前記第１の光学系は、前記第１の信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、（ｄ２）前記第２の光学系は、（ｄ２−１）前記第２の信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、（ｄ２−２）前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、光の進行方向からみて前記所定の方向と前記第２の方向とによってつくられる角度を２倍にした２倍角で前記第２の方向の偏光成分を回転させた偏光成分に転換し、転換して得られた偏光成分を前記第２の直線偏光として射出する光学素子とを備えるとしてもよい。
【００１９】
これによって、結合するだけでそれぞれに含まれるバックグランド光を相殺することができる第１の直線偏光と第２の直線偏光とに、第１の信号光と第２の信号光とを転換することができる。
【００２０】
または、（ｅ）（ｅ１）前記第１の光学系は、前記第１の信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、（ｅ２）前記第２の光学系は、（ｅ２−１）前記第２の信号光を、光の進行方向からみて前記所定の方向の偏光成分と前記所定の方向に直交する方向の偏光成分との間で１８０度の位相差を有した信号光に転換し、転換して得られた信号光を射出する光学素子と、（ｅ２−２）前記光学素子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第２の直線偏光として射出する第２の偏光素子とを備えるとしてもよい。
【００２１】
これによって、結合するだけでそれぞれに含まれるバックグランド光を相殺することができる第１の直線偏光と第２の直線偏光とに、第１の信号光と第２の信号光とを転換することができる。
【００２２】
さらに、（ｆ）（ｆ１）前記所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、（ｆ２）前記第１の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、（ｆ３）前記第２の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、（ｆ４）前記移相子が１／４波長板であり、（ｆ５）前記光学素子が１／２波長板であるとしてもよい。
【００２３】
これによって、移相子（１／４波長板）で、電気光学結晶から射出された信号光を、直線偏光に近い楕円偏光から、円偏光に近い楕円偏光に転換し、バックグランド光を取り除きやすくする信号光に転換することができる。また、光学素子（１／２波長板）で、第２の信号光における第２の方向の偏光成分を第１の直線偏光に対して１８０度の位相差を有する偏光成分に転換し、バックグランド光を相殺しやすくする信号光に転換することができる。
【００２４】
または、（ｇ）（ｇ１）前記第１の光学系は、前記第３の信号光として第１の円偏光を生成して射出し、（ｇ２）前記第２の光学系は、前記第４の信号光として前記第１の円偏光に対して反対回りの第２の円偏光を生成して射出するとしてもよい。
【００２５】
これによって、第３の信号光（第１の円偏光）と第４の信号光（第２の円偏光）とを結合するだけで、第３の信号光（第１の円偏光）に含まれるバックグランド光と、第４の信号光（第２の円偏光）に含まれるバックグランド光とが相殺され、バックグランド光が取り除かれた画像信号光を容易に得ることができる。
【００２６】
さらに、（ｈ）（ｈ１）前記第１の光学系は、（ｈ１−１）前記第１の信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を射出する第１の偏光素子と、（ｈ１−２）前記第１の偏光素子から射出された第１の方向の偏光成分を、円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を前記第１の円偏光として射出する第１の光学素子とを備え、（ｈ２）前記第２の光学系は、（ｈ２−１）前記第２の信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、（ｈ２−２）前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、前記第１の円偏光に対して反対回りの円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を前記第２の円偏光として射出する第２の光学素子とを備えるとしてもよい。
【００２７】
これによって、結合するだけでそれぞれに含まれるバックグランド光を相殺することができる第１の円偏光と第２の円偏光とに、第１の信号光と第２の信号光とを転換することができる。
【００２８】
さらに（ｉ）（ｉ１）前記所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、（ｉ２）前記第１の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、（ｉ３）前記第２の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、（ｉ４）前記移相子が１／４波長板であり、（ｉ５）前記第１の光学素子および前記第２の光学素子が１／４波長板であるとしてもよい。
【００２９】
これによって、移相子（１／４波長板）で、電気光学結晶から射出された信号光を、直線偏光に近い楕円偏光から、円偏光に近い楕円偏光に転換し、バックグランド光を取り除きやすくする信号光に転換することができる。また、第１の光学素子（１／４波長板）で、第１の方向の偏光成分を、第１の円偏光に転換し、バックグランド光を相殺しやすくする信号光に転換することができる。第２の光学素子（１／４波長板）で、第２の方向の偏光成分を、第１の円偏光に対して反対回りの第２の円偏光に転換し、バックグランド光を相殺しやすくする信号光に転換することができる。
【００３０】
または、（ｊ）前記光差分手段は、（ｊ１）前記電気光学結晶から射出された信号光の光束を２分割し、２分割して得られた各信号光を第１の信号光と第２の信号光として射出する分割素子と、（ｊ２）前記第１の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光における第１の方向の偏光成分から第１の偏光状態をとる第３の信号光を生成して射出する第１の光学系と、（ｊ３）前記第２の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光における第２の方向の偏光成分から第２の偏光状態をとる第４の信号光を生成して射出する第２の光学系と、（ｊ４）前記第３の信号光と前記第４の信号光とを結合し、結合して得られた信号光を前記画像信号光として射出する結合素子とを備えるとしてもよい。
【００３１】
これによって、バックグランド光が含まれない画像信号光を容易に得ることができる。この場合において、分割素子で、電気光学結晶から射出された信号光が、第１の信号光と第２の信号光とに分割される。第１の光学系と第２の光学系とで、第１の信号光と第２の信号光とが、バックグランド光を取り除きやすくする信号光に転換された後に、バックグランド光を相殺しやすくする第３の信号光と第４の信号光とに転換される。結合素子で、第３の信号光と第４の信号光とが結合され、第３の信号光に含まれるバックグランド光と、第４の信号光に含まれるバックグランド光とが相殺され、バックグランド光が含まれない画像信号光が得られる。
【００３２】
さらに、（ｋ）（ｋ１）前記第１の光学系は、前記第３の信号光として第１の直線偏光を生成して射出し、（ｋ２）前記第２の光学系は、前記第４の信号光として前記第１の直線偏光に対して１８０度の位相差を有する第２の直線偏光を生成して射出するとしてもよい。
【００３３】
これによって、第３の信号光（第１の直線偏光）と第４の信号光（第２の直線偏光）とを結合するだけで、第３の信号光（第１の直線偏光）に含まれるバックグランド光と、第４の信号光（第２の直線偏光）に含まれるバックグランド光とが相殺され、バックグランド光が含まれない画像信号光を容易に得ることができる。
【００３４】
さらに、（ｌ）（ｌ１）前記第１の光学系は、（ｌ１−１）前記第１の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第１の移相子と、（ｌ１−２）前記第１の移相子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、（ｌ２）前記第２の光学系は、（ｌ２−１）前記第２の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第２の移相子と、（ｌ２−２）前記第２の移相子から射出された信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、（ｌ２−３）前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、光の進行方向からみて前記所定の方向と前記第２の方向とによってつくられる角度を２倍にした２倍角で前記第２の方向の偏光成分を回転させた偏光成分に転換し、転換して得られた偏光成分を前記第２の直線偏光として射出する光学素子とを備えるとしてもよい。
【００３５】
これによって、バックグランド光を取り除きやすく、かつ結合するだけでそれぞれに含まれるバックグランド光を相殺することができる第１の直線偏光と第２の直線偏光とに、第１の信号光と第２の信号光とを転換することができる。
【００３６】
または、（ｍ）（ｍ１）前記第１の光学系は、（ｍ１−１）前記第１の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第１の移相子と、（ｍ１−２）前記第１の移相子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、（ｍ２）前記第２の光学系は、（ｍ２−１）前記第２の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第２の移相子と、（ｍ２−２）前記第２の移相子から射出された信号光を、光の進行方向からみて前記所定の方向の偏光成分と前記所定の方向に直交する方向の偏光成分との間で１８０度の位相差を有した信号光に転換し、転換して得られた信号光を射出する光学素子と、（ｍ２−３）前記光学素子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を前記第２の直線偏光として射出する第２の偏光素子とを備えるとしてもよい。
【００３７】
これによって、バックグランド光を取り除きやすく、かつ結合するだけでそれぞれに含まれるバックグランド光を相殺することができる第１の直線偏光と第２の直線偏光とに、第１の信号光と第２の信号光とを転換することができる。
【００３８】
さらに、（ｎ）（ｎ１）前記所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、（ｎ２）前記第１の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、（ｎ３）前記第２の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、（ｎ４）前記第１の移相子および前記第２の移相子が１／４波長板であり、（ｎ５）前記光学素子が１／２波長板であるとしてもよい。
【００３９】
これによって、第１の移相子（１／４波長板）で、電気光学結晶から射出された信号光を、直線偏光に近い楕円偏光から、円偏光に近い楕円偏光に転換し、バックグランド光を取り除きやすくする信号光に転換することができる。同様に、第２の移相子（１／４波長板）で、電気光学結晶から射出された信号光を、直線偏光に近い楕円偏光から、円偏光に近い楕円偏光に転換し、バックグランド光を取り除きやすくする信号光に転換することができる。また、光学素子（１／２波長板）で、第２の移相子から射出された信号光における第２の方向の偏光成分を第１の直線偏光に対して１８０度の位相差を有する偏光成分に転換し、バックグランド光を相殺しやすくする信号光に転換することができる。
【００４０】
または、（ｏ）（ｏ１）前記第１の光学系は、前記第３の信号光として第１の円偏光を生成して射出し、（ｏ２）前記第２の光学系は、前記第４の信号光として前記第１の円偏光に対して反対回りの第２の円偏光を生成して射出するとしてもよい。
【００４１】
これによって、第３の信号光（第１の円偏光）と第４の信号光（第２の円偏光）とを結合するだけで、第３の信号光（第１の円偏光）に含まれるバックグランド光と、第４の信号光（第２の円偏光）に含まれるバックグランド光とが相殺され、バックグランド光が取り除かれた画像信号光を容易に得ることができる。
【００４２】
さらに、（ｐ）（ｐ１）前記第１の光学系は、（ｐ１−１）前記第１の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第１の移相子と、（ｐ１−２）前記第１の移相子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を射出する第１の偏光素子と、（ｐ１−３）前記第１の偏光素子から射出された第１の方向の偏光成分を、円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を前記第１の円偏光として射出する第１の光学素子とを備え、（ｐ２）前記第２の光学系は、（ｐ２−１）前記第２の信号光に対して前記所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第２の移相子と、（ｐ２−２）前記第２の移相子から射出された信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、（ｐ２−３）前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、前記第１の円偏光に対して反対回りの円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を前記第２の円偏光として射出する第２の光学素子とを備えるとしてもよい。
【００４３】
これによって、結合するだけでそれぞれに含まれるバックグランド光を相殺することができる第１の円偏光と第２の円偏光とに、第１の信号光と第２の信号光とを転換することができる。
【００４４】
さらに、（ｑ）（ｑ１）前記所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、（ｑ２）前記第１の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、（ｑ３）前記第２の方向が光の進行方向と直交して前記所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、（ｑ４）前記第１の移相子および前記第２の移相子が１／４波長板であり、（ｑ５）前記第１の光学素子および前記第２の光学素子が１／４波長板であるとしてもよい。
【００４５】
これによって、第１の移相子（１／４波長板）で、電気光学結晶から射出された信号光を、直線偏光に近い楕円偏光から、円偏光に近い楕円偏光に転換し、バックグランド光を取り除きやすくする信号光に転換することができる。同様に、第２の移相子（１／４波長板）で、電気光学結晶から射出された信号光を、直線偏光に近い楕円偏光から、円偏光に近い楕円偏光に転換し、バックグランド光を取り除きやすくする信号光に転換することができる。また、第１の光学素子（１／４波長板）で、第１の方向の偏光成分を、第１の円偏光に転換し、バックグランド光を相殺しやすくする信号光に転換することができる。第２の光学素子（１／４波長板）で、第２の方向の偏光成分を、第１の円偏光に対して反対回りの第２の円偏光に転換し、バックグランド光を相殺しやすくする信号光に転換することができる。
【００４６】
または、（ｒ）前記電磁波イメージング装置は、前記電磁波が電磁波パルスであり、前記レーザ光がパルスレーザ光であるとしてもよい。
【００４７】
これによって、パルスレーザ光を使用して電磁波パルスにおける画像信号光を取り出すことが可能となる。
【００４８】
または、（ｓ）前記分割素子、前記第１の偏光素子、および前記第２の偏光素子が同一の偏光ビームスプリッタであるとしてもよい。
【００４９】
これによって、バックグランド光を取り除くための光学部品の数を減らすことができる。
【００５０】
または、（ｔ）（ｔ１）前記第１の光学系は、前記第１の偏光素子から射出された第１の方向の偏光成分を前記第１の偏光素子が配置されている方向に反射する第１の反射ミラーとを備え、（ｔ２）前記第２の光学系は、前記第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を前記第２の偏光素子が配置されている方向に反射する第２の反射ミラーとを備え、（ｔ３）前記第１の移相子と前記第１の光学素子とが同一の１／４波長板であり、（ｔ４）前記第２の移相子と前記第２の光学素子とが同一の１／４波長板であり、（ｔ５）前記分割素子と前記結合素子とが同一のハーフミラーであるとしてもよい。
【００５１】
これによって、バックグランド光を取り除くための光学部品の数を減らすことができる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明によれば、電気光学結晶から射出された信号光が撮像部で受光される前に、信号光に含まれて試料の情報に起因しないバックグランド光を信号光から取り除くことができる。このため、撮像部のフォトダイオードのダイナミックレンジを十分に取る必要がなくなる。さらに、ダイナミックレンジを十分に取る必要がないので、ＣＣＤのフォトダイオードの受光領域を大きくする必要もなく、撮像部の小型化、高速化、高解像度化を簡単に実現することができる。結果、電磁波を使用して正確な２次元画像に試料をイメージングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
（実施の形態１）
以下、本発明に係わる実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。
【００５４】
本実施の形態における電磁波イメージング装置は、下記（ａ）〜（ｆ）に示される特徴を備える。
【００５５】
（ａ）電磁波イメージング装置は、（ａ１）電磁波を試料に照射して得られた透過波から、試料に関する画像情報を取得する電磁波イメージング装置であって、（ａ２）透過波と同時にレーザ光が入射すると、透過波の電界強度に応じてレーザ光の偏光成分を変調し、変調して得られた信号光を射出する電気光学結晶と、（ａ３）電気光学結晶から射出された信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光における第１の方向の偏光成分と第２の方向の偏光成分との間で差分をとることで画像信号光を生成して射出する光差分部と、（ａ４）画像信号光を受光する撮像部とを備える。
【００５６】
（ｂ）光差分部は、（ｂ１）電気光学結晶から射出された信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する移相子と、（ｂ２）移相子から射出された信号光の光束を２分割し、２分割して得られた各信号光を第１の信号光と第２の信号光として射出する分割素子と、（ｂ３）第１の信号光における第１の方向の偏光成分から第１の偏光状態をとる第３の信号光を生成して射出する第１の光学系と、（ｂ４）第２の信号光における第２の方向の偏光成分から第２の偏光状態をとる第４の信号光を生成して射出する第２の光学系と、（ｂ５）第３の信号光と第４の信号光とを結合し、結合して得られた信号光を画像信号光として射出する結合素子とを備える。
【００５７】
（ｃ）（ｃ１）第１の光学系は、第３の信号光として第１の直線偏光を生成して射出し、（ｃ２）第２の光学系は、第４の信号光として第１の直線偏光に対して１８０度の位相差を有する第２の直線偏光を生成して射出する。
【００５８】
（ｄ）（ｄ１）第１の光学系は、第１の信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、（ｄ２）第２の光学系は、（ｄ２−１）第２の信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、（ｄ２−２）第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、光の進行方向からみて所定の方向と第２の方向とによってつくられる角度を２倍にした２倍角で第２の方向の偏光成分を回転させた偏光成分に転換し、転換して得られた偏光成分を第２の直線偏光として射出する光学素子とを備える。
【００５９】
（ｅ）（ｅ１）所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、（ｅ２）第１の方向が光の進行方向と直交して所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、（ｅ３）第２の方向が光の進行方向と直交して所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、（ｅ４）移相子が１／４波長板であり、（ｅ５）光学素子が１／２波長板である。
【００６０】
なお、上記（ｄ）に示される特徴の代わりに、下記（ｆ）に示される特徴を備えるとしてもよい。
【００６１】
（ｆ）（ｆ１）第１の光学系は、第１の信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、（ｆ２）第２の光学系は、（ｆ２−１）第２の信号光を、光の進行方向からみて所定の方向の偏光成分と所定の方向に直交する方向の偏光成分との間で１８０度の位相差を有した信号光に転換し、転換して得られた信号光を射出する光学素子と、（ｆ２−２）光学素子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を第２の直線偏光として射出する第２の偏光素子とを備える。
【００６２】
なお、以下、一例として、分割素子と結合素子とをハーフミラーまたはビームスプリッタとし、偏光素子を偏光板とし、１／２波長板をλ／２位相差板とし、１／４波長板をλ／４位相差板として説明する。
【００６３】
以上の点を踏まえて本実施の形態における電磁波イメージング装置について説明する。
図３は、本実施の形態における電磁波イメージング装置の構成を示す図である。図３に示されるように、電磁波イメージング装置１００は、電磁波光源１０１、レーザ光源１０２、試料１１０、対物レンズ１１１、ダイクロイックミラー１１２、ビームエキスパンダ１２１、偏光板１２２、電気光学結晶１２３、光差分部１３０、撮像部１５０などを備える。
【００６４】
ここでは、一例として、電磁波光源１０１は、量子カスケードレーザとコリメートレンズとを備え、周波数が１〜３テラヘルツの電磁波Ｍ１を射出する。レーザ光源１０２は、半導体レーザ素子を備え、特定の偏光方向を有する波長８００ｎｍのレーザ光をプローブ光Ｓ１として射出する。
【００６５】
この場合において、電磁波光源１０１から電磁波Ｍ１が射出されると、電磁波光源１０１から射出された電磁波Ｍ１は、試料１１０を照射し、試料１１０の形状や物性などに関する透過画像情報を有する透過電磁波Ｍ２が試料１１０から射出される。試料１１０から射出された透過電磁波Ｍ２は、一枚のレンズで構成されている対物レンズ１１１に入射して電気光学結晶１２３で結像するよう集光される。対物レンズ１１１で集光された透過電磁波Ｍ２は、シリコンウエハなどで構成されているダイクロイックミラー１１２を透過して電気光学結晶１２３に入射する。
【００６６】
また、レーザ光源１０２からプローブ光Ｓ１が射出されると、レーザ光源１０２から射出されたプローブ光Ｓ１は、ビームエキスパンダ１２１に入射し、ビーム径が広げられて射出される。ビームエキスパンダ１２１から射出されたプローブ光Ｓ１は、偏光板１２２に入射し、特定の方向の直線偏光にされて射出される。偏光板１２２から射出されたプローブ光Ｓ１は、ダイクロイックミラー１１２で反射され、電気光学結晶１２３に入射する。
【００６７】
ここで、電気光学結晶１２３は、例えば、ＺｎＴｅ結晶や有機ＤＡＳＴ（4-dimethylamino-N-methyl-4 stilbazolium Tosylate）結晶など、ポッケルス効果の大きい材料などで構成されている。これによって、電気光学結晶１２３に入射した透過電磁波Ｍ２は、電気光学結晶１２３を透過する際に生じるポッケルス効果によって、透過電磁波Ｍ２の光強度に応じた複屈折を引き起こす。このとき電気光学結晶１２３に、プローブ光Ｓ１が同時に入射すると、プローブ光Ｓ１の偏光方向は、透過電磁波Ｍ２の光強度に応じた複屈折により位相差が生じ、直線偏光から楕円偏光になる。このとき、透過電磁波Ｍ２の光強度に応じた強度が楕円偏光の短軸成分に表れる。このように、プローブ光Ｓ１は、電気光学結晶１２３を透過する際に、透過電磁波Ｍ２の光強度の情報を偏光成分に重畳した信号光Ｓ２として射出される。
【００６８】
なお、電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２には、透過電磁波Ｍ２の影響によって生じた成分以外にも、プローブ光Ｓ１に起因して生じた成分、すなわち、透過電磁波Ｍ２に起因しない成分（以下、バックグランド光と呼称する。）も含まれる。
【００６９】
光差分部１３０は、電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２が入射すると、入射した信号光Ｓ２に含まれるバックグランド光を除去した画像信号光Ｓ１０を撮像部１５０に射出する。
【００７０】
撮像部１５０は、光差分部１３０から射出された画像信号光Ｓ１０がマクロレンズ１５１を介して入射すると、入射した画像信号光Ｓ１０が撮像素子１５２で受光する。受光した画像信号光Ｓ１０から試料１１０の透過画像を取り出す。
【００７１】
次に、本実施の形態における電磁波イメージング装置１００の光差分部１３０について説明する。
【００７２】
図４は、本実施の形態における電磁波イメージング装置１００の光差分部１３０を拡大した斜視図である。図４に示されるように、光差分部１３０は、λ／４位相差板１３１、ハーフミラー１３２、偏光板１３３、λ／２位相差板１３４、反射ミラー１３５、反射ミラー１３６、偏光板１３７、透明光学素子１３８、ハーフミラー１３９などを備える。
【００７３】
なお、λ／４位相差板１３１は、光の進行方向からみて、遅相軸または進相軸が水平方向または垂直方向に対して４５度傾斜させた方向になるように配置される。そして、λ／４位相差板１３１に入射した信号光に対して４５度方向の偏光成分を１／４波長移相し、移相して得られた信号光を射出する。このとき、遅相軸方向の偏光成分と進相軸方向の偏光成分との間で９０度（１／４波長）の位相差を有した信号光がλ／４位相差板１３１から射出される。
【００７４】
また、λ／２位相差板１３４は、光の進行方向からみて、遅相軸（または進相軸）が水平方向（または垂直方向）に対して４５度傾斜させた方向になるように配置される。そして、λ／２位相差板１３４に入射した水平方向の直線偏光を、光の進行方向からみて遅相軸方向（または進相軸方向）と水平方向（または垂直方向）とによってつくられる角度（４５度）を２倍にした２倍角（９０度）で水平方向の直線偏光を回転させた垂直方向の直線偏光に転換し、転換して得られた垂直方向の直線偏光を射出する。このとき、遅相軸方向の偏光成分と進相軸方向の偏光成分との間で１８０度（１／２波長）の位相差を有した信号光がλ／２位相差板１３４から射出される。
【００７５】
なお、偏光板１３３、λ／２位相差板１３４、反射ミラー１３５から構成される光学系は、ハーフミラー１３２から射出された信号光Ｓ４から信号光Ｓ６を生成して射出する。このとき、信号光Ｓ４における水平方向の偏光成分から、垂直方向の直線偏光が信号光Ｓ６として生成されて射出される。
【００７６】
また、反射ミラー１３６、偏光板１３７、透明光学素子１３８から構成される光学系は、ハーフミラー１３２から射出された信号光Ｓ４から信号光Ｓ８を生成して射出する。このとき、信号光Ｓ４における垂直方向の偏光成分から、信号光Ｓ６に対して１８０度の位相差を有する垂直方向の直線偏光が信号光Ｓ８として生成されて射出される。
【００７７】
図５は、透過電磁波Ｍ２が試料１１０から射出される場合において、光差分部１３０の各光路における信号光の偏光状態を示す模式図である。図６は、透過電磁波Ｍ２が試料１１０から射出されない場合において、光差分部１３０の各光路における信号光の偏光状態を示す模式図である。
【００７８】
ここでは、一例として、ｘ軸方向のみ電界成分Ｅ0ｃｏｓωｔを有するプローブ光Ｓ１が電気光学結晶１２３に入射し、透過電磁波Ｍ２によりｘ軸から４５度方向に位相差ΔΦ与えられる。なお、図４〜図６における座標は、各光路における信号光の進行方向をｚ軸とし、水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸としている。
【００７９】
この場合において、電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２は、λ／４位相差板１３１に入射し、λ／４位相差板１３１により位相差が与えられて射出される。ここでは、図５の偏光状態Ｐ３に示されるように、円に近い楕円で楕円偏光した信号光Ｓ３が射出される。
【００８０】
ここで、信号光Ｓ２の偏光状態は、下記の式（１）で示されるように、直線偏光よりの楕円偏光である。信号光Ｓ３の偏光状態は、下記の式（２）で示されるように、円偏光よりの楕円偏光である。すなわち、楕円の長軸の長さと短軸の長さとの差が大きい楕円偏光の信号光Ｓ２が、λ／４位相差板１３１を通過することで、楕円の長軸の長さと短軸の長さとの差が縮まった楕円偏光の信号光Ｓ３になる。なお、下記の式（１），（２）におけるｘとｙとは、信号光のｘ軸方向とｙ軸方向との光強度である。
【００８１】
【数１】
2009025053.tif 000003
【００８２】
【数２】
2009025053.tif 000004
【００８３】
次に、λ／４位相差板１３１から射出された信号光Ｓ３は、ハーフミラー１３２に入射し、光強度が同じになるように信号光Ｓ４と信号光Ｓ７とに光束が分割されて射出される。なお、ハーフミラー１３２は、信号光Ｓ３の入射方向と直交する方向に信号光Ｓ４が射出され、信号光Ｓ３の入射方向と平行する方向に信号光Ｓ７が射出されるように配置されている。
【００８４】
ここで、ハーフミラー１３２から射出された信号光Ｓ４は、偏光板１３３に入射し、水平（ｘ軸）方向の直線偏光にされて射出される。ここでは、図５の偏光状態Ｐ５に示されるように、水平（ｘ軸）方向に直線偏光した信号光Ｓ５が射出される。偏光板１３３から射出された信号光Ｓ５は、λ／２位相差板１３４に入射し、λ／２位相差板１３４により位相差が与えられて射出される。ここでは、図５の偏光状態Ｐ６に示されるように、垂直（ｙ軸）方向に直線偏光した信号光Ｓ６が射出される。λ／２位相差板１３４から射出された信号光Ｓ６は、反射ミラー１３５に入射し、ハーフミラー１３９が配置されている方向に反射され、ハーフミラー１３９に入射する。
【００８５】
一方、ハーフミラー１３２から射出された信号光Ｓ７は、反射ミラー１３６に入射し、偏光板１３７が配置されている方向に反射される。反射ミラー１３６で反射された信号光Ｓ７は、偏光板１３７に入射し、垂直（ｙ軸）方向の直線偏光にされて射出される。ここでは、図５の偏光状態Ｐ８に示されるように、垂直（ｙ軸）方向に直線偏光した信号光Ｓ８が射出される。偏光板１３７から射出された信号光Ｓ８は、透明光学素子１３８を透過し、ハーフミラー１３９に入射する。
【００８６】
次に、ハーフミラー１３９に同時に入射した信号光Ｓ６と信号光Ｓ８とは、同一の光路に結合されて撮像部１５０が配置されている方向に射出される。ここでは、図５の偏光状態Ｐ１０に示されるように、信号光Ｓ６と信号光Ｓ８とのバックグランド光の成分が取り除かれた画像信号光Ｓ１０が射出される。これは、偏光板１３３、λ／２位相差板１３４、および偏光板１３７によって、位相が１８０度ずれた状態で信号光Ｓ６と信号光Ｓ８とがハーフミラー１３９に入射するためである。
【００８７】
そして、ハーフミラー１３９から射出された画像信号光Ｓ１０は、撮像部１５０に入射する。なお、ハーフミラー１３９は、画像信号光Ｓ１０の射出方向と直交する方向から信号光Ｓ６が入射し、画像信号光Ｓ１０の射出方向と平行する方向から信号光Ｓ８が入射するように配置されている。
【００８８】
図７は、本実施の形態における光差分部１３０において信号光Ｓ２から画像信号光Ｓ１０を取り出す方法を示す模式図である。図７に示されるように、具体的には、位相差が１８０度の状態で信号光Ｓ６と信号光Ｓ８とを重ね合わせる。これによって、信号光Ｓ６と信号光Ｓ８とのそれぞれに含まれるバックグランド光が相殺され、信号光Ｓ２からバックグランド光が取り除かれた画像信号光Ｓ１０を得ることができる。
【００８９】
ここで、位相差が１８０度になるまで、信号光Ｓ６と信号光Ｓ８との位相をずらす方法として、λ／２位相差板１３４の結晶軸方向と、透明光学素子１３８の屈折率および厚みとを調整することで実現することができる。このとき、透明光学素子１３８は、所定の厚みで、厚みが一定のガラス材料で構成されているとしてもよい。さらに、屈折率が変更可能な透明材料で構成されているとしてもよい。
【００９０】
これによって、透明光学素子１３８を配置させた後に、透明光学素子１３８における光路長を調整することができる。信号光Ｓ６と信号光Ｓ８との位相差を、より簡単に、設定することができる。このとき、透明光学素子１３８は、例えば、屈折率が温度依存性を有するガラス材料とヒータとを組み合わせたもので構成されているとしてもよい。また、圧電結晶や液晶で構成されているとしてもよい。
【００９１】
なお、電磁波イメージング装置１００において、透過電磁波Ｍ２が試料１１０から射出されない場合は、図６の偏光状態Ｐ３’に示されるように、信号光Ｓ３は、円偏光になる。このため、図６の偏光状態Ｐ１０’に示されるように、画像信号光Ｓ１０の偏光成分がゼロとなる。
【００９２】
具体的には、図６の偏光状態Ｐ６’と偏光状態Ｐ８’とに示されるように、信号光Ｓ６と信号光Ｓ８とは、偏光方向が同じで電界強度が同じ直線偏光になる。このため、位相を反転させた状態で信号光Ｓ６と信号光Ｓ８とを重ね合わせると、図６の偏光状態Ｐ１０’に示されるように、画像信号光Ｓ１０は電界強度がゼロになる。
【００９３】
以上、本実施の形態における電磁波イメージング装置１００によれば、電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２からバックグランド光が取り除かれた画像信号光Ｓ１０を得ることができる。このため、撮像部１５０の撮像素子１５２（フォトダイオード）のダイナミックレンジを十分に取る必要がなくなる。さらに、ダイナミックレンジを十分に取る必要がないので、撮像素子１５２（フォトダイオード）の受光領域を大きくする必要もなく、撮像部１５０の小型化、高速化、高解像度化を簡単に実現することができる。これによって、電磁波を使用して正確な２次元画像に試料をイメージングすることができる。
【００９４】
なお、本実施の形態における偏光板１２２は、レーザ光源１０２から射出されるプローブ光Ｓ１が十分な消光比を有している場合は、省略するとしてもよい。
【００９５】
なお、本実施の形態における対物レンズ１１１は、一枚のレンズで構成されている代わりに、複数枚のレンズで構成されているとしてもよい。これによって、より正確な２次元画像にイメージングすることが可能になる。
【００９６】
なお、ここでは、信号光Ｓ８の光路に透明光学素子１３８、信号光Ｓ５の光路にλ／２位相差板１３４が配置されているが、これらの配置を入れ替えるとしてもよい。
【００９７】
なお、ここでは、偏光板１３３とλ／２位相差板１３４とが、ハーフミラー１３２と反射ミラー１３５との間に配置されているが、反射ミラー１３５とハーフミラー１３９との間に配置されているとしてもよい。また、偏光板１３７と透明光学素子１３８とが、反射ミラー１３６とハーフミラー１３９との間に配置されているが、ハーフミラー１３２と反射ミラー１３６との間に配置されているとしてもよい。また、偏光板１３３と偏光板１３７とが互いに平行して配置されているとしてもよいし、直交して配置されているとしてもよい。
【００９８】
なお、λ／２位相差板１３４が複屈折を有する位相差層と透明基板で挟まれた構造をしており、透明基板の一方もしくは両方の厚みと屈折率とを調整することにより、λ／２位相差板１３４により１８０度の位相差が与えられる場合は、透明光学素子１３８を省略するとしてもよい。
【００９９】
なお、偏光板１３３とλ／２位相差板１３４との配置を入れ替えることも可能である。この場合において、偏光板１３３の偏光軸を９０度回転させる必要がある。
【０１００】
なお、λ／４位相差板１３１の代わりに、ハーフミラー１３２と偏光板１３３との間にλ／４位相差板が配置され、ハーフミラー１３２と偏光板１３７との間にλ／４位相差板が配置されるとしてもよい。
【０１０１】
（実施の形態２）
以下、本発明に係わる実施の形態２について、図面を参照しながら説明する。
【０１０２】
本実施の形態における電磁波イメージング装置は、下記（ｇ）に示される特徴を備える。
【０１０３】
（ｇ）電磁波イメージング装置は、電磁波が電磁波パルスであり、レーザ光がパルスレーザ光である。
【０１０４】
以上の点を踏まえて本実施の形態における電磁波イメージング装置について説明する。なお、実施の形態１における構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１０５】
図８は、本実施の形態における電磁波イメージング装置の構成を示す図である。図８に示されるように、電磁波イメージング装置２００は、実施の形態１における電磁波イメージング装置１００と比べて（例えば、図３参照。）、電磁波光源１０１、レーザ光源１０２、対物レンズ１１１、ダイクロイックミラー１１２、ビームエキスパンダ１２１の代わりに、パルスレーザ光源２０１、ビームスプリッタ２０２、反射ミラー２０３〜２０５、ビームエキスパンダ２０８、電気光学結晶２０９、対物レンズ２１１、ダイクロイックミラー２１２、反射ミラー２２０、ビームエキスパンダ２２１を備える点が異なる。
【０１０６】
ここでは、一例として、パルスレーザ光源２０１は、パルス幅１ピコ秒以下の波長８００ｎｍの超短パルスレーザＳ１１を射出する。試料１１０に照射される電磁波パルスＭ１１には、パルス幅が１ピコ秒程度であり、周波数が０．１から１００ＴＨｚの範囲の電磁波パルスが含まれるとする。
【０１０７】
また、超短パルスレーザＳ１２、電磁波パルスＭ１１、および透過電磁波Ｍ１２が辿る光路と、プローブ光Ｓ１３が辿る光路との光路長が同一になるように、反射ミラー２０３〜２０５と反射ミラー２２０とが配置されている。ここで、反射ミラー２０４，２０５は、Ｚ方向に一体で移動するディレイライン２０６を構成している。さらに、詳細に調整するため、ディレイライン２０６で微調整されている。そして、透過電磁波Ｍ１２とプローブ光Ｓ１３とが同時に電気光学結晶１２３に入射するように、光路長が調整されている。
【０１０８】
この場合において、パルスレーザ光源２０１から超短パルスレーザＳ１１が射出されると、パルスレーザ光源２０１から射出された超短パルスレーザＳ１１は、ビームスプリッタ２０２に入射し、プローブ光Ｓ１３と超短パルスレーザＳ１２とに光束が分割されて射出される。
【０１０９】
ここで、ビームスプリッタ２０２から射出された超短パルスレーザＳ１２は、反射ミラー２０３〜２０５で反射される。反射ミラー２０３で反射された超短パルスレーザＳ１２は、ビームエキスパンダ２０８に入射し、ビーム径が広げられて射出される。ビームエキスパンダ２０８から射出された超短パルスレーザＳ１２は、電気光学結晶２０９に入射し、入射した超短パルスレーザＳ１２から電磁波パルスＭ１１が生成されて射出される。
【０１１０】
電気光学結晶２０９から射出された電磁波パルスＭ１１は、試料１１０を照射し、試料１１０の形状や物性などに関する透過画像情報を含んだ透過電磁波Ｍ１２が試料１１０から射出される。試料１１０から射出された透過電磁波Ｍ１２は、一枚のレンズで構成されている対物レンズ２１１に入射し、電気光学結晶１２３で結像するよう集光される。対物レンズ２１１で集光された透過電磁波Ｍ１２は、ダイクロイックミラー２１２を透過し、電気光学結晶１２３に入射する。
【０１１１】
一方、ビームスプリッタ２０２から射出されたプローブ光Ｓ１３は、反射ミラー２２０で反射される。反射ミラー２２０で反射されたプローブ光Ｓ１３は、ビームエキスパンダ２２１に入射し、ビーム径が広げられて射出される。ビームエキスパンダ２２１から射出されたプローブ光Ｓ１３は、偏光板１２２に入射し、特定の方向の直線偏光にされて射出される。偏光板１２２から射出されたプローブ光Ｓ１３は、ダイクロイックミラー２１２で反射され、電気光学結晶１２３に入射する。
【０１１２】
このとき、プローブ光Ｓ１３と透過電磁波Ｍ１２とが同時に電気光学結晶１２３に入射すると、実施の形態１と同様に、入射したプローブ光Ｓ１３は、ポッケルス効果によって透過電磁波Ｍ１２の光強度の情報を偏光成分に重畳した信号光Ｓ２２になって射出される。電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２２は、光差分部１３０に入射し、信号光Ｓ２２からバックグランド光が取り除かれた画像信号光Ｓ３０になって射出される。光差分部１３０から射出された画像信号光Ｓ３０は、撮像部１５０に入射し、撮像部１５０で画像として取り出される。
【０１１３】
以上、本実施の形態における電磁波イメージング装置２００によれば、電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２２からバックグランド光を取り除いた画像信号光Ｓ３０を得ることができる。このため、撮像部１５０の撮像素子１５２（フォトダイオード）のダイナミックレンジを十分に取る必要がなくなる。さらに、ダイナミックレンジを十分に取る必要がないので、撮像素子１５２（フォトダイオード）の受光領域を大きくする必要もなく、撮像部１５０の小型化、高速化、高解像度化を簡単に実現することができる。これによって、電磁波を使用して正確な２次元画像に試料をイメージングすることができる。
【０１１４】
なお、本実施の形態においては、パルスレーザ光を使用することにより、瞬間的に光強度の大きい透過電磁波Ｍ１２を得ることができる。これによって、電気光学結晶１２３において大きなポッケルス効果を得ることができる。このため、より効率的に画像情報をプローブ光Ｓ１３に重畳することが可能となる。
【０１１５】
なお、本実施の形態における偏光板１２２は、パルスレーザ光源２０１から射出される超短パルスレーザＳ１１が十分な消光比を有している場合は、省略するとしてもよい。
【０１１６】
なお、本実施の形態における対物レンズ２１１は、一枚のレンズで構成されている代わりに、複数枚のレンズで構成されているとしてもよい。これによって、より正確な２次元画像にイメージングすることが可能になる。
【０１１７】
（実施の形態３）
以下、本発明に係わる実施の形態３について、図面を参照しながら説明する。
【０１１８】
本実施の形態における電磁波イメージング装置は、下記（ｈ）に示される特徴を備える。
【０１１９】
（ｈ）分割素子、第１の偏光素子、および第２の偏光素子が同一の偏光ビームスプリッタである。
【０１２０】
以上の点を踏まえて本実施の形態における電磁波イメージング装置について説明する。なお、実施の形態１における構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１２１】
図９は、本実施の形態における電磁波イメージング装置３００の光差分部３３０を拡大した斜視図である。図９に示されるように、光差分部３３０は、実施の形態１における光差分部１３０と比べて（例えば、図３参照。）、ハーフミラー１３２、偏光板１３３、偏光板１３７の代わりに、偏光ビームスプリッタ３３２を備える点が異なる。なお、ここでは、λ／２位相差板１３４と透明光学素子１３８との配置が入れ替えられている。
【０１２２】
λ／４位相差板１３１から射出された信号光Ｓ３は、偏光ビームスプリッタ３３２に入射し、信号光Ｓ３０５と信号光Ｓ３０８とに光束が分割されて出射される。ここでは、偏光状態Ｐ３０５に示されるように、水平（ｘ軸）方向に直線偏光した信号光Ｓ３０５が射出される。また、偏光状態Ｐ３０８に示されるように、垂直（ｙ軸）方向に直線偏光した信号光Ｓ３０８が射出される。なお、偏光ビームスプリッタ３３２は、信号光Ｓ３の入射方向と平行する方向に信号光Ｓ３０５が射出され、信号光Ｓ３の入射方向と直交する方向に信号光Ｓ３０８が射出されるように配置されている。
【０１２３】
偏光ビームスプリッタ３３２から射出された信号光Ｓ３０５は、反射ミラー１３６に入射し、λ／２位相差板１３４が配置されている方向に反射される。反射ミラー１３６で反射された信号光Ｓ３０５は、λ／２位相差板１３４に入射し、λ／２位相差板１３４により位相差が与えられて射出される。ここでは、偏光状態Ｐ３０６に示されるように、垂直（ｙ軸）方向に直線偏光した信号光Ｓ３０６が射出される。λ／２位相差板１３４から射出された信号光Ｓ３０６は、ハーフミラー１３９に入射する。
【０１２４】
一方、偏光ビームスプリッタ３３２から射出された信号光Ｓ３０８は、透明光学素子１３８を透過し、反射ミラー１３５に入射し、ハーフミラー１３９が配置されている方向に反射される。反射ミラー１３５で反射された信号光Ｓ３０８は、ハーフミラー１３９に入射する。
【０１２５】
これによって、実施の形態１と同様の原理で、信号光Ｓ３０６と信号光Ｓ３０８とに含まれるバックグランド光が相殺され、信号光Ｓ２からバックグランド光が取り除かれた画像信号光Ｓ３１０を得ることができる。
【０１２６】
以上、本実施の形態における電磁波イメージング装置３００によれば、電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２からバックグランド光が取り除かれた画像信号光Ｓ３１０を得ることができる。このため、撮像部１５０の撮像素子１５２（フォトダイオード）のダイナミックレンジを十分に取る必要がなくなる。さらに、ダイナミックレンジを十分に取る必要がないので、撮像素子１５２（フォトダイオード）の受光領域を大きくする必要もなく、撮像部１５０の小型化、高速化、高解像度化を簡単に実現することができる。これによって、電磁波を使用して正確な２次元画像に試料をイメージングすることができる。
【０１２７】
さらに、本実施の形態における電磁波イメージング装置３００によれば、実施の形態１における電磁波イメージング装置１００と比べて、光学部品の数を減らすことが可能となる。
【０１２８】
なお、本実施の形態における光差分部３３０は、実施の形態２のような電磁波パルスを使用した電磁波イメージング装置２００の光差分部としても適用可能である。また、実施の形態１と同様に、透明光学素子１３８とλ／２位相差板１３４との配置を入れ替えるとしてもよい。
【０１２９】
（実施の形態４）
以下、本発明に係わる実施の形態４について、図面を参照しながら説明する。
【０１３０】
本実施の形態における電磁波イメージング装置は、下記（ｉ）〜（ｍ）に示される特徴を備える。
【０１３１】
（ｉ）光差分部は、（ｉ１）電気光学結晶から射出された信号光の光束を２分割し、２分割して得られた各信号光を第１の信号光と第２の信号光として射出する分割素子と、（ｉ２）第１の信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光における第１の方向の偏光成分から第１の偏光状態をとる第３の信号光を生成して射出する第１の光学系と、（ｉ３）第２の信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光における第２の方向の偏光成分から第２の偏光状態をとる第４の信号光を生成して射出する第２の光学系と、（ｉ４）第３の信号光と第４の信号光とを結合し、結合して得られた信号光を画像信号光として射出する結合素子とを備える。
【０１３２】
（ｊ）（ｊ１）第１の光学系は、第３の信号光として第１の円偏光を生成して射出し、（ｊ２）第２の光学系は、第４の信号光として第１の円偏光に対して反対回りの第２の円偏光を生成して射出する。
【０１３３】
（ｋ）（ｋ１）第１の光学系は、（ｋ１−１）第１の信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第１の移相子と、（ｋ１−２）第１の移相子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を射出する第１の偏光素子と、（ｋ１−３）第１の偏光素子から射出された第１の方向の偏光成分を、円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を第１の円偏光として射出する第１の光学素子とを備え、（ｋ２）第２の光学系は、（ｋ２−１）第２の信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第２の移相子と、（ｋ２−２）第２の移相子から射出された信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、（ｋ２−３）第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、第１の円偏光に対して反対回りの円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を第２の円偏光として射出する第２の光学素子とを備える。
【０１３４】
（ｌ）（ｌ１）所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、（ｌ２）第１の方向が光の進行方向と直交して所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、（ｌ３）第２の方向が光の進行方向と直交して所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、（ｌ４）第１の移相子および第２の移相子が１／４波長板であり、（ｌ５）第１の光学素子および第２の光学素子が１／４波長板である。
【０１３５】
（ｍ）（ｍ１）第１の光学系は、第１の偏光素子から射出された第１の方向の偏光成分を第１の偏光素子が配置されている方向に反射する第１の反射ミラーとを備え、（ｍ２）第２の光学系は、第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を第２の偏光素子が配置されている方向に反射する第２の反射ミラーとを備え、（ｍ３）第１の移相子と第１の光学素子とが同一の１／４波長板であり、（ｍ４）第２の移相子と第２の光学素子とが同一の１／４波長板であり、（ｍ５）分割素子と結合素子とが同一のハーフミラーである。
【０１３６】
以上の点を踏まえて本実施の形態における電磁波イメージング装置について説明する。なお、実施の形態１における構成要素と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１３７】
図１０は、本実施の形態における電磁波イメージング装置の構成を示す図である。図１０に示されるように、電磁波イメージング装置４００は、実施の形態１における電磁波イメージング装置１００と比べて（例えば、図３参照。）、光差分部１３０の代わりに、光差分部４１０を備える点が異なる。
【０１３８】
図１１は、本実施の形態における電磁波イメージング装置４００の光差分部４１０を拡大した斜視図である。図１１に示されるように、光差分部４１０は、ハーフミラー４１１、λ／４位相差板４２１、偏光板４２２、反射ミラー４２３、可動ユニット４２４、λ／４位相差板４３１、偏光板４３２、反射ミラー４３３、偏光板４４０などを備える。
【０１３９】
なお、λ／４位相差板４２１は、光の進行方向からみて、遅相軸または進相軸が水平方向または垂直方向に対して４５度傾斜させた方向になるように配置される。そして、λ／４位相差板４２１に入射した信号光に対して４５度方向の偏光成分を１／４波長移相し、移相して得られた信号光を射出する。このとき、遅相軸方向の偏光成分と進相軸方向の偏光成分との間で９０度（１／４波長）の位相差を有した信号光がλ／４位相差板４２１から射出される。
【０１４０】
また、λ／４位相差板４３１は、光の進行方向からみて、遅相軸または進相軸が水平方向または垂直方向に対して４５度傾斜させた方向になるように配置される。そして、λ／４位相差板４３１に入射した信号光に対して４５度方向の偏光成分を１／４波長移相し、移相して得られた信号光を射出する。このとき、遅相軸方向の偏光成分と進相軸方向の偏光成分との間で９０度（１／４波長）の位相差を有した信号光がλ／４位相差板４３１から射出される。
【０１４１】
なお、λ／４位相差板４２１、偏光板４２２、反射ミラー４２３から構成される光学系は、ハーフミラー４１１から射出された信号光Ｓ４２０から信号光Ｓ４２３を生成して射出する。このとき、信号光Ｓ４２０に対して４５度方向の偏光成分を１／４波長移相して得られた信号光Ｓ４２１における垂直方向の偏光成分から、円偏光が信号光Ｓ４２３として生成されて射出される。
【０１４２】
また、λ／４位相差板４３１、偏光板４３２、反射ミラー４３３から構成される光学系は、ハーフミラー４１１から射出された信号光Ｓ４３０から信号光Ｓ４３３を生成して射出する。このとき、信号光Ｓ４３０に対して４５度方向の偏光成分を１／４波長移相して得られた信号光Ｓ４３１における水平方向の偏光成分から、信号光Ｓ４２３に対して反対回りの円偏光が信号光Ｓ４３３として生成されて射出される。
【０１４３】
図１２は、透過電磁波Ｍ２が試料１１０から射出される場合において、光差分部４１０の各光路における信号光の偏光状態を示す模式図である。図１３は、透過電磁波Ｍ２が試料１１０から射出されない場合において、光差分部４１０の各光路における信号光の偏光状態を示す模式図である。
【０１４４】
ここでは、一例として、可動ユニット４２４は、反射ミラー４２３を微少動作させるためのピエゾ素子とする。さらに、信号光Ｓ４２３と信号光Ｓ４３３との光路長差を半波長の整数倍とすることで、容易にバックグランド光を取り除くことができる。ここで、光路差を調整する方法としては、可動ユニット４２４で反射ミラー４２３を微少可動させることで容易に実現することができる。また、偏光板４４０は、楕円偏光の短軸成分のみが抽出されるように配置されている。
【０１４５】
この場合において、電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２は、ハーフミラー４１１に入射し、信号光Ｓ４２０と信号光Ｓ４３０とに光束が分割されて射出される。
【０１４６】
ここで、ハーフミラー４１１から射出された信号光Ｓ４２０は、λ／４位相差板４２１に入射し、λ／４位相差板４２１により位相差が与えられて射出される。ここでは、図１２の偏光状態Ｐ４２１に示されるように、円に近い楕円で楕円偏光した信号光Ｓ４２１が射出される。λ／４位相差板４２１から射出された信号光Ｓ４２１は、偏光板４２２に入射し、水平（ｘ軸）方向の直線偏光にされて射出される。ここでは、図１２の偏光状態Ｐ４２２に示されるように、水平（ｘ軸）方向に直線偏光した信号光Ｓ４２２が射出される。偏光板４２２から射出された信号光Ｓ４２２は、反射ミラー４２３に入射し、偏光板４２２が配置されている方向に反射される。
【０１４７】
反射ミラー４２３で反射された信号光Ｓ４２２は、偏光板４２２に入射し、水平（ｘ軸）方向の直線偏光にされて射出される。ここでは、信号光Ｓ４２２の偏光状態は、水平（ｘ軸）方向の直線偏光であるので、そのまま信号光Ｓ４２２が射出される。偏光板４２２から射出された信号光Ｓ４２２は、λ／４位相差板４２１に入射し、λ／４位相差板４２１により位相差が与えられて射出される。ここでは、図１２の偏光状態Ｐ４２３で示されるように、水平（ｘ軸）方向の偏光成分の大きさの直径で円偏光した信号光Ｓ４２３が射出される。λ／４位相差板４２１から射出された信号光Ｓ４２３は、ハーフミラー４１１に入射する。
【０１４８】
一方、ハーフミラー４１１から射出された信号光Ｓ４３０は、λ／４位相差板４３１に入射し、λ／４位相差板４３１により位相差が与えられて射出される。ここでは、図１２の偏光状態Ｐ４３１に示されるように、円に近い楕円で楕円偏光した信号光Ｓ４３１が射出される。λ／４位相差板４３１から射出された信号光Ｓ４３１は、偏光板４３２に入射し、垂直（ｙ軸）方向の直線偏光にされて射出される。ここでは、図１２の偏光状態Ｐ４３２に示されるように、垂直（ｙ軸）方向に直線偏光した信号光Ｓ４３２が射出される。偏光板４３２から射出された信号光Ｓ４３２は、反射ミラー４３３に入射し、偏光板４３２が配置されている方向に反射される。
【０１４９】
反射ミラー４３３で反射された信号光Ｓ４３２は、偏光板４３２に入射し、垂直（ｙ軸）方向の直線偏光にされて射出される。ここでは、信号光Ｓ４３２の偏光状態は、垂直（ｙ軸）方向の直線偏光であるので、そのまま信号光Ｓ４３２が射出される。偏光板４３２から射出された信号光Ｓ４３２は、λ／４位相差板４３１に入射し、λ／４位相差板４３１により位相差が与えられて射出される。ここでは、図１２の偏光状態Ｐ４３３に示されるように、垂直（ｙ軸）方向の偏光成分の大きさの直径で円偏光した信号光Ｓ４３３が射出される。λ／４位相差板４３１から射出された信号光Ｓ４３３は、ハーフミラー４１１に入射する。
【０１５０】
そして、ハーフミラー４１１に同時に入射した信号光Ｓ４２３と信号光Ｓ４３３とは、同一の光路に結合されて偏光板４４０が配置されている方向に射出される。ここでは、信号光Ｓ４２３と信号光Ｓ４３３とのそれぞれの電界強度と位相とが異なるので、図１２の偏光状態Ｐ４３９に示されるように、下記の式（３）で示される信号光Ｓ４３９が射出される。ハーフミラー４１１から射出された信号光Ｓ４３９は、偏光板４４０に入射し、楕円偏光の短軸方向の直線偏光にされて射出される。ここでは、図１２の偏光状態Ｐ４３９の短軸成分のみが抽出された画像信号光Ｓ４４０が射出される。偏光板４４０から射出された画像信号光Ｓ４４０は、撮像部１５０に入射する。
【０１５１】
【数３】
2009025053.tif 000005
【０１５２】
なお、上記の電磁波イメージング装置４００において、透過電磁波Ｍ２が試料１１０から射出されない場合は、図１３の偏光状態Ｐ４２１’と偏光状態Ｐ４３１’とに示されるように、信号光Ｓ４２１と信号光Ｓ４３１とが円偏光となる。このため、図１３の偏光状態Ｐ４３９’に示されるように、信号光Ｓ４３９が短軸方向の偏光成分がゼロの直線偏光、すなわち、長軸方向の直線偏光となるので、画像信号光Ｓ４４０の偏光成分がゼロとなる。
【０１５３】
具体的には、図１３の偏光状態Ｐ４２２’と偏光状態Ｐ４３２’とに示されるように、信号光Ｓ４２２と信号光Ｓ４３２とは、偏光方向が異なり電界強度が同じ直線偏光になる。さらに、図１３の偏光状態Ｐ４２３’と偏光状態Ｐ４３３’とに示されるように、信号光Ｓ４２３と信号光Ｓ４３３とは、回転方向が異なり電界強度が同じ円偏光になる。このため、図１３の偏光状態Ｐ４３９’に示されるように、信号光Ｓ４３９は、直線偏光になる。しかし、信号光Ｓ４３９は、短軸方向の偏光成分がゼロの直線偏光であるので、画像信号光Ｓ４４０は、電界強度がゼロになる。
【０１５４】
以上、本実施の形態における電磁波イメージング装置４００によれば、電気光学結晶１２３から射出された信号光Ｓ２からバックグランド光が取り除かれた画像信号光Ｓ４４０を得ることができる。このため、撮像部１５０の撮像素子１５２（フォトダイオード）のダイナミックレンジを十分に取る必要がなくなる。さらに、ダイナミックレンジを十分に取る必要がないので、撮像素子１５２（フォトダイオード）の受光領域を大きくする必要もなく、撮像部１５０の小型化、高速化、高解像度化を簡単に実現することができる。これによって、電磁波を使用して正確な２次元画像に試料をイメージングすることができる。
【０１５５】
なお、本実施の形態における偏光板４４０は、撮像部１５０で取り込む画像信号光Ｓ４４０が直線偏光である必要がない場合は、省略するとしてもよい。
【０１５６】
なお、本実施の形態における光差分部４１０は、実施の形態２のような電磁波パルスを使用した電磁波イメージング装置２００の光差分部としても適用可能である。
【０１５７】
なお、本発明にかかる電磁波イメージング装置１００〜４００は、周波数が０．１から１００ＴＨｚの範囲にあるテラヘルツ帯の電磁波を使用するとしたが、電気光学結晶１２３の材料を変更することによって、例えば、ミリ波のような電磁波、または赤外線のような電磁波を使用するとしてもよい。
【０１５８】
（その他）
なお、実施の形態１において、第１の直線偏光と第２の直線偏光とを結合することでバックグランド光を取り除く代わりに、実施の形態４のように、第１の円偏光と第２の円偏光とを結合することでバックグランド光を取り除くとしてもよい。この場合において、上記（ｃ）〜（ｅ）に示される特徴の代わりに、下記（ｎ）〜（ｐ）に示される特徴を備える。
【０１５９】
（ｎ）（ｎ１）第１の光学系は、第３の信号光として第１の円偏光を生成して射出し、（ｎ２）第２の光学系は、第４の信号光として第１の円偏光に対して反対回りの第２の円偏光を生成して射出するとしてもよい。
【０１６０】
（ｏ）（ｏ１）第１の光学系は、（ｏ１−１）第１の信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を射出する第１の偏光素子と、（ｏ１−２）第１の偏光素子から射出された第１の方向の偏光成分を、円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を第１の円偏光として射出する第１の光学素子とを備え、（ｏ２）第２の光学系は、（ｏ２−１）第２の信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、（ｏ２−２）第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、第１の円偏光に対して反対回りの円偏光に転換し、転換して得られた円偏光を第２の円偏光として射出する第２の光学素子とを備える。
【０１６１】
（ｐ）（ｐ１）所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、（ｐ２）第１の方向が光の進行方向と直交して所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、（ｐ３）第２の方向が光の進行方向と直交して所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、（ｐ４）移相子が１／４波長板であり、（ｐ５）第１の光学素子および第２の光学素子が１／４波長板である。
【０１６２】
なお、実施の形態１において、分割素子の前段に移相子が配置される代わりに、実施の形態４のように、分割素子の後段に移相子が配置されるとしてもよい。この場合において、上記（ｄ），（ｅ）に示される特徴の代わりに、下記（ｑ），（ｒ）に示される特徴を備える。さらに、実施の形態３のように、下記（ｓ）に示される特徴を備えるとしてもよい。
【０１６３】
（ｑ）（ｑ１）第１の光学系は、（ｑ１−１）第１の信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第１の移相子と、（ｑ１−２）第１の移相子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、（ｑ２）第２の光学系は、（ｑ２−１）第２の信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第２の移相子と、（ｑ２−２）第２の移相子から射出された信号光から第２の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第２の方向の偏光成分を射出する第２の偏光素子と、（ｑ２−３）第２の偏光素子から射出された第２の方向の偏光成分を、光の進行方向からみて所定の方向と第２の方向とによってつくられる角度を２倍にした２倍角で第２の方向の偏光成分を回転させた偏光成分に転換し、転換して得られた偏光成分を第２の直線偏光として射出する光学素子とを備える。
【０１６４】
（ｒ）（ｒ１）所定の方向が光の進行方向と直交する方向であり、（ｒ２）第１の方向が光の進行方向と直交して所定の方向を＋４５度傾斜させた方向であり、（ｒ３）第２の方向が光の進行方向と直交して所定の方向を−４５度傾斜させた方向であり、（ｒ４）第１の移相子および第２の移相子が１／４波長板であり、（ｒ５）光学素子が１／２波長板である。
【０１６５】
（ｓ）分割素子、第１の偏光素子、および第２の偏光素子が同一の偏光ビームスプリッタである。
【０１６６】
なお、上記（ｑ）に示される特徴の代わりに、下記（ｔ）に示される特徴を備えるとしてもよい。
【０１６７】
（ｔ）（ｔ１）第１の光学系は、（ｔ１−１）第１の信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第１の移相子と、（ｔ１−２）第１の移相子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を第１の直線偏光として射出する第１の偏光素子を備え、（ｔ２）第２の光学系は、（ｔ２−１）第２の信号光に対して所定の方向の偏光成分を所定の波長移相し、移相して得られた信号光を射出する第２の移相子と、（ｔ２−２）第２の移相子から射出された信号光を、光の進行方向からみて所定の方向の偏光成分と所定の方向に直交する方向の偏光成分との間で１８０度の位相差を有した信号光に転換し、転換して得られた信号光を射出する光学素子と、（ｔ２−３）光学素子から射出された信号光から第１の方向の偏光成分を抽出し、抽出した第１の方向の偏光成分を第２の直線偏光として射出する第２の偏光素子とを備える。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明は、電磁波を使用して正確な２次元画像に試料をイメージングする電磁波イメージング装置などとして、特に、テラヘルツ帯の電磁波を試料に照射して得られた透過波から２次元画像にイメージングする電磁波イメージング装置などとして、利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
【図１】従来の電磁波イメージング装置の構成を示す図
【図２】従来の電磁波イメージング装置において信号光を検出する方法を示す図
【図３】実施の形態１における電磁波イメージング装置の構成を示す図
【図４】実施の形態１における電磁波イメージング装置の光差分部を拡大した斜視図
【図５】透過電磁波が試料から射出される場合において、実施の形態１における光差分部の各光路における信号光の偏光状態を示す模式図
【図６】透過電磁波が試料から射出されない場合において、実施の形態１における光差分部の各光路における信号光の偏光状態を示す模式図
【図７】実施の形態１における光差分部において信号光から画像信号光を取り出す方法を示す模式図
【図８】実施の形態２における電磁波イメージング装置の構成を示す図
【図９】実施の形態３における電磁波イメージング装置の光差分部を拡大した斜視図
【図１０】実施の形態４における電磁波イメージング装置の構成を示す図
【図１１】実施の形態４における電磁波イメージング装置の光差分部を拡大した斜視図
【図１２】透過電磁波が試料から射出される場合において、実施の形態４における光差分部の各光路における信号光の偏光状態を示す模式図
【図１３】透過電磁波が試料から射出されない場合において、実施の形態４における光差分部の各光路における信号光の偏光状態を示す模式図
【符号の説明】
【０１７０】
１００  電磁波イメージング装置
１０１  電磁波光源
１０２  レーザ光源
１１０  試料
１１１  対物レンズ
１１２  ダイクロイックミラー
１２１  ビームエキスパンダ
１２２  偏光板
１２３  電気光学結晶
１３０  光差分部
１３１  λ／４位相差板
１３２，１３９  ハーフミラー
１３３，１３７  偏光板
１３４  λ／２位相差板
１３５，１３６  反射ミラー
１３８  透明光学素子
１５０  撮像部
１５１  マクロレンズ
１５２  撮像素子
Ｍ１  電磁波
Ｍ２  透過電磁波
Ｓ１  プローブ光
Ｓ２〜Ｓ８  信号光
Ｓ１０  画像信号光
２００  電磁波イメージング装置
２０１  パルスレーザ光源
２０２  ビームスプリッタ
２０３〜２０５，２２０  反射ミラー
２０８，２２１  ビームエキスパンダ
２０９  電気光学結晶
２１１  対物レンズ
２１２  ダイクロイックミラー
Ｍ１１  電磁波パルス
Ｍ１２  透過電磁波
Ｓ１１  超短パルスレーザ
Ｓ１２  超短パルスレーザ
Ｓ１３  プローブ光
Ｓ２２  信号光
Ｓ３０  画像信号光
３００  電磁波イメージング装置
３３０  光差分部
３３２  偏光ビームスプリッタ
Ｓ３０５，Ｓ３０６，Ｓ３０８  信号光
Ｓ３１０  画像信号光
４００  電磁波イメージング装置
４１０  光差分部
４１１  ハーフミラー
４２１，４３１  λ／４位相差板
４２２，４３２，４４０  偏光板
４２３，４３３  反射ミラー
４２４  可動ユニット
Ｓ４２０〜Ｓ４３９  信号光
Ｓ４４０  画像信号光
【図１】
2009025053.tif 000006
【図２】
2009025053.tif 000007
【図３】
2009025053.tif 000008
【図４】
2009025053.tif 000009
【図５】
2009025053.tif 000010
【図６】
2009025053.tif 000011
【図７】
2009025053.tif 000012
【図８】
2009025053.tif 000013
【図９】
2009025053.tif 000014
【図１０】
2009025053.tif 000015
【図１１】
2009025053.tif 000016
【図１２】
2009025053.tif 000017
【図１３】
2009025053.tif 000018