JPH0240580A - 磁区観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、垂直磁気記録媒体や光磁気記録媒体の垂直磁
化膜等の磁性薄膜を始めとする各種磁性体の磁区観察を
行う観察装置に係わる。

〔発明の概要〕

本発明は、磁区観察試料に直線偏光を照射し、この磁区
観察試料における光−磁気相互作用の利用と画像処理に
よって試料の磁化状態、すなわち磁区をモニター用画像
映出装置によって直視的に観察できるようにし、特に偏
光子または検光子の回転によって観察磁区の明暗の反転
した２種の光学像を得、これを撮像して高速画像処理す
ることによってノイズの少ない鮮明な画像として磁区観
察を実時間いわゆるリアルタイムで直睨的に観察するこ
とができるようにした磁区観察装置を提供する。

〔従来の技術〕

各種磁性薄膜、永久磁石等の磁性体の開発、　ｒｉ７Ｆ
究においてその磁区観察は重要である。例えば垂直磁気
記録媒体の記録状態の解析や光磁気記録媒体におけるノ
イズの解析のためにその垂直磁化欣自体の磁区状態、或
いは記録された情報ビットとしての磁区発生状態の観察
が正確かつ手軽るに行えるようにすることの要求が高い
。近年、磁区観察のためにポーラーカー効果と画像処理
による垂直磁区観察装置が開発されて来ている（例えば
アイ　イー　イー　トランスアクションズ　オンマグネ
ティックス（Ｔｈｅ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌ
ｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅ
ｎｇｉｎｅｅｒｓ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎＭ
ａｇｎｅＬｉｃｓ　　）　　Ｖｏｌ、ＭへＧ−２１，（
１９８５）　　ＰＰ１５９６〜１５９Ｂ。

及び同誌νｏ１．ＭＡＧ−２３，（１９８７）　ＰＰ２
０６７〜２０６９参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなポーラーカー効果を用いて磁区観察を行う場
合、磁区観察の対象となる材料がカー回転角の大なるも
のにあっては、比較的鮮明な画像が得られるものの、カ
ー回転角が小さいものにあっては、特に研ＩＳ！跡など
によるバンクグラウンドノイズが比較的大きいものにあ
っては、まったく観察画像が得られないとか鮮明な観察
画像が得られないという課題がある。

本発明はこのような課題の解決をはかるようにした磁区
観察装置を提供する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１図に示すように、直線偏光光源部（１１
と、磁区観察試料配置部（１２）と、検光子（１７）と
、撮像カメラ（１８）と、画像処理装置（１９）と、モ
ニター用画像映出装置（２０）とを具備し、直線偏光光
源部（Ｌ）における偏光子（４）の偏光面または検光子
（１７）の光通過軸が少くともｌＯ。

回転できるようにされる。そして、その偏光子（４）ま
たは検光子（１７）の第１の回転位置において、直線偏
光を磁区観察試料に照射し、この磁区観察試料の磁化状
態に応じて光−磁気相互作用を受けた透過光もしくは反
射光の検光子（１７）を通過して後の第１・の光学像を
撮像カメラ（１８）によって撮像し、この第１の撮像出
力を画像処理装置（１９）に入力してこれをメモリし、
検光子（１７）の第２の回転位置で第１の光学像と明暗
が反転した第２の光学像を検光子（１７）を通過後の光
学像として得てこの第２の光学像を撮像カメラ（１８）
によって撮像し、この第２の撮像出力を画像処理装置（
１９）に入力して先にメモリされた第１の光学像に基く
入力との差の信号を得、この信号による光学像を画像映
出装置（２０）に映出再生することにより磁区観察を行
う。

〔作用〕

上述の本発明装置によれば、例えば垂直磁気記録媒体に
おいて磁気ヘッドによってシ録のなされた磁区による情
報ビットを有する試料や光磁気記録のなされたすなわち
例えばバブル磁区による情報ビットを有する試料の磁区
観察を行うことができる。この磁区観察は、先ず第２図
に実線ａ及びｂごそれぞれの光通過軸を示すように偏光
子（４）と検光子（１７）とを直交ニコルの状態に設定
する。この状態で例えば検光子（１７）の光通過軸を鎖
線Ｃに示すように例えば＋θ回転させる。このようにす
ると、試料（１１）において破線ｄ及びｅで示す下向き
及び上向きの磁化に対応するカー効果によって±θに回
転した反射光の実線Ｃ方向の振動成分の光が検光子（１
７）を通過してこれが検出されることになる。つまり下
向きの磁化によって十〇Ｘ回転した光はより遮断されや
すく、上向きの磁化によって一〇Ｘ回転した光の実線Ｃ
方向の成分がより通過しやすく例えば第３図Ａで示すよ
うな第１の光学像を得てこれを撮像カメラ（１８）で撮
像し、画像処理装置（１９）に記憶させる。次に、検光
子（１７）の光通過軸を鎖線ｆに示すように−θ回転さ
せる。このようにすると、先の場合とは逆に上向きの磁
化によって一θに回転した光はより遮断されやすく下向
きの磁化によって±θに回転した光の実線Ｃ方向の成分
がより通過しやすく、第３図Ｂに示すように、第３図Ａ
の第１の光学像とは明暗が反転した第２の光学像が得ら
れる。この第２の光学像を撮像カメラ（１８）で撮像し
、画像処理装置（１９）によって第１の光学像を減算す
る。このようにすると第３図Ｃに示すように、ノイズ成
分が殆んど排除され、しかも信号レベルの大きい出力が
得られるので、これを更に増幅して画像映出装置（２０
）で画像映出すれば、明るく鮮明な磁区像を映出するこ
とができることになる。

ここにθは、カー回転角θにと等しく選定することもで
きるが１θ１〉１θに　１とすることが望ましい。例え
ば光磁気ディスク用材料ＴｂＦｅ、　ＧｄＴｂＦｃ糸の
カー回転角の；θＫ　ｌ＝０．１〜０．４°のとき、θ
Ｉ＝■°　とすることが望ましく、このようにする理由
は、人間の目による明暗を見分ける力は、画面全体があ
る程度明るい方が、能力が高し・しめである。また、そ
のため検光子を２０＝１４°回転した時に、鏡筒（３５
）の回転が０．１°以下になるよう鏡筒を固定調整して
おかなければならない。さもないと、高分解能の磁区観
察が不可能である。

尚、上述した説明では、検光子（１７）を回転させて、
第１及び第２の光学像を得た場合であるが、偏光子（４
）を回転させることもでき、したがって、検光子（１７
）及び偏光子（４）の相互を相対的に回転させて第１及
び第２の光学像を得るようにすることもできることは論
をまたないところである。

〔実施例〕

直線偏光光源部（１）は、例えば第１図に示すように、
１００Ｗの超高圧水銀灯等の光源（１）と、ケーラーレ
ンズ（３）と、偏光子（４）例えば消光比ｌ０−５以上
の方解石グラントムソンプリズムとを有して成る。

（５）は光源！１１としての超高圧水銀灯の起動電源を
示す。

外部磁場印加手段（１６）は、第４図にその平面図を示
し、第５図に第４図のＡ−Ａ線上の断面図を示すように
、置型構成とする。すなわちそれぞれ高透磁率のセンタ
ーボール（１３）と、直型コア（１５）と有して成る。

直型コア（１５）は、センターボール（１３）の図にお
いて下端と磁気的に密に結合された若しくは一体に構成
された底面板部（１５Ａ）と、その外周からセンターボ
ール（１３）と同心的に上方に延長して配された周壁部
（１５Ｂ）と、その上端に磁気的に密に結合して底面板
部（１５Ａ）に対向して配された上面板部（１５Ｃ）と
を有して成る。そして上面板部（１５Ｃ）の中心部には
透孔（１５ｈ）が穿設され、これにセンターボール（１
３）の、図において上端と対向する中心部に、中心孔（
２１ａ）を有する円板状の例えば非磁性金属のＳＵＳ　
３０４より成る非磁性板（２１）が嵌入かしつけられる
。

第１図において（３０）は外部磁場印加手段（１６）の
励起用電源を示す。この外部磁場印加手段（１６）の線
輪（１４）への通電電流の変動等に因る磁場の変動は、
サブミクロンオーダの磁区の観察においては３％以下に
抑えることが望まれる。

この外部磁場印加手段（１６）は、例えばその直型コア
の半径が７３ｍｍ、非磁性板（２１）の半径が２５ｍｍ
とされ線輪（１４）への印加電圧が０．２１Ｖのときそ
の発生磁場は４　ＫＯｅ　、　０．４３Ｖのとき６．５
ＫＯｅ　。

ＩＶのとき９にＯｅを得ることができる。

そして、また、この外部磁場印加手段（１６）は、長時
間の連続使用によっても、試料（１１）及び光学系への
熱的影響を回避する上で空冷による冷却をすることが望
ましい。

そして、センターポール（１３）の上端は、円錐状に形
成されることが望ましく、この円錐状端部に、ベルチェ
素子（２２）が配される。

このベルチェ素子（２２）は、第５図に示すように、そ
の中心部にセンターポール（１３）の円錐状上端部が挿
入される例えば円筒状透孔（２２ａ＞が穿設され、相対
向する両主面に印加電圧極性によって一方が冷極となり
他方が熱りとなる電照（２３□）及び（２３２）が配置
された構成をとり得る。そして、一方の電ｔＪｌｉ　（
２３ｔ　）側を磁区観察試料配置部（１２）として、セ
ンターポール（１３）の上端面とほぼ同一面を形成する
ようにしてこれの上に磁区観察試料（１１）が、Ｉｉ！
置装置されているようにする。

そして、ベルチェ素子（２２）の試料配置部（１２）と
は反対側がセンターポール（１３）と熱的に連結するよ
うにする。

一方、磁区観察試料（１１）を固定する固定手段（２４
）を設ける。この固定手段（２４）は、例えば対の非磁
性で熱伝導の低い例えばアルミニウムより成る抑え腕（
２５ｔ　）及び（２５２）より成る。各抑え腕（２５１
）及び（２５２）は、例えばその各外端が、直型コア（
１５）の上面板部（１５Ｃ）にビス（２６１）及び（２
６２）によって固定されて、各内端が試料（１１）の側
縁部上に衝合して、試料（１１）を試料配置部（１２）
に向って、すなわちこの例ではベルチェ素子（２２）に
向って、更にセンターポール（１３）の上端面に向って
押しつけて保持するようになされる。

また試料配置部（１２）には、第４図に示すように、例
えばデジタル温度計（２６）の温度検出素子（２７）例
えば熱電対を、磁区観察試料（１１）にできるだけ近接
ないしは接して配置する。そしてデジタル温度計（２６
）よりの出力をデジタルコントローラ（２８）に入力し
、ベルチェ素子（２２）電ｈ（２３１）及び（２３ｘ）
への印加電圧、極性を制御し、試料載置部（１２）の温
度制御が行われるようにする。このベルチェ素子（２２
）によれば、試料（１１）　（７）Ｍ置部（１２）（７
）温度ヲ−１５℃〜＋８０℃の範囲で可変制御すること
ができる。

一方、第１図に示すように、磁区観察試料配置部（１２
）に対向して偏光顕微鏡（２９）を設ける。

検光子（１７）は、この偏光顕微鏡（２９）の中間鏡筒
内検光子によって構成し得る。

（３１）は対物レンズで、この対物レンズ（３１）は、
例えば倍率が８０倍、１００倍等のレンズを用い得るが
、その開口＠Ｎ、Ａ、は、比較的小さい０．８の例えば
ニコン超長作動距離プランアクロアートＣＦＭＰＬａｎ
　ＥＬＩｎＤ　（製品名）を用い得る。更に成る場合は
、対物レンズ（３１）として上述した倍率１００倍のＮ
、Ａ、＝　０．８のレンズで、ガラスの補正環（０，９
ｍｍ　〜１．５ｍｍ厚のガラスの屈折率補正）のついた
レンズを用いる。

（３２）は、反射照明装置を示す。

撮像カメラ（１８）は、例えば倍率が１７倍のＣＣＤ固
体撮像カメラを用い得る。

画像処理装置（１９）は、分解能６４０　Ｘ　４８０　
Ｘ　６０ビツトで、演算機能を有し、積分最大２５６フ
レームの高速画像処理装置とし得る。

モニター用画像映出装置（２０）は、陰極線管型のテレ
ビジョン受像管によって構成し得る。

また、ビデオプリンタ（３３）が設けられ、画像映出装
置（２０）が映出した画像を必要に応じいわゆるハード
コピーとしてプリントできるようにされる。

上述した構成による磁区観察装置の光源部（１）。

外部磁場印加手段（１６）　、検光子（１７）を含めた
偏光顕微鏡（２９）　、撮像カメラ（１８）等は防振台
（３４）上に互いに所定の位置関係を保持して配置され
る。

上述の本発明装置を用いた磁区観察例を説明する。

観察例１ この場合、磁区観察試料（１１）は、第７図に示すよう
にガラス基板（４１）上に、厚さ８００人のシリコン系
より成る保護膜（４２）を介して厚さ５００人のＧｄＴ
ｂＦｅ系磁性薄膜（４３）が被着され、これの上に更に
厚さ１５００人でシリコン系より成る保護膜（４４）が
被着された構成を有する光磁気ディスクごあり、情報ビ
ット、すなわちバブル磁区が形成されていて、これを観
察しようとするものである。

この場合、対物レンズ（３１）は、倍率１００倍。

Ｎ、Ａ、　＝　０．８を用いた。

その観察は、外部磁場を印加しない状態で光源部（１）
からの偏光を保護膜（４４）から照射し、第２図及び第
３図で説明した手順をとって磁区の観察を行った。この
場合鮮明な磁区観察を行うことができた。

観察例２ 光磁気ディスクの基板（４１）としてガラス基板（複屈
折の２重バスが１０ｎｍ）を用い、信号を記録し、その
記録情報ビットを観察例２と同様の方法によるも、その
観察を基板（４）側から行った。また、この場合、対物
レンズ（３１）は倍率４０倍、　Ｎ、Ａ、＝０．５で、
θ〜２１厚のガラスの屈折率補正する補正環を有するレ
ンズを用いた。この場合、鮮明な磁区観察を行うことが
できた。

比較例１ 光磁気ディスクの基板（４１）としてポリカーボネート
基板（複屈折の２重バスが２０ｎｍを超える）を用い、
信号を記録し、その記録情報ビットを観察例４と同様の
方法によって行った。この場合、観察像の歪みが大きく
画像処理磁区観察を行うことができなかった。

観察例３ 観察例１における同様の試料（１１）に対して同様の方
法によって基板（４１）側から磁区観察を行ったが、こ
の観察例では、対物レンズ（３１）とし′ζ倍率が１０
０倍、Ｎ、Δ、＝０．８で、ガラスの補正環（０，９ｍ
ｍ　＝　１．５ｍｍ厚のガラスの屈折率を補正する）か
ついたレンズを用いた。この場合においても明瞭な観察
が行われた。

比較例２ 対物レンズ（３１）として、倍率が１００倍で、Ｎ、八
、＝０．９のレンズにコン肝βａｎ　ｔｏｏ：製品名）
を用いて観察例２と同様の観察を行った。この場合、磁
区の観察は不鮮明であった。

比較例２におけるようにＮ、Ａ、が０．９の場合は、観
察画像が不鮮明となるが、観察例２及び３におけるよう
にＮ、Ａ、＝０．８である場合は、倍率が１００倍の対
物レンズで鮮明な磁区観察が可能になった。

これは、直線偏光によるものであることで、レンズのひ
ずみが大きく影響してくるが、Ｎ、Ａ、＝　０．８のレ
ンズであれば、ひずみが出にくくなることに因る。しか
しながらＮ３＾、＝０．８で充分観察に支障λ Ｎ、Ａ、が０．８未満のものを用いる必要はない。

上述したｌ観察例１では、基板（４１）とは反対側から
磁区観察を行った場合であるが、一般の光磁気ディスク
においては、磁性薄膜（４３）の基１反（４１）とは反
対側にΔ１映等による反射膜が設りられ、基１反（４１
）側から記録情報ビットの読み出しがなされるものであ
り、磁区観察においても基Ｉｔ（４１）側から観察する
ことが望ましい。この場合基板（４１）としては、基Ｆ
ｉ（４１）における複屈折によって磁区観察が阻害され
ることがないように複屈折の小さい具体的には２重バス
が２０ｎｍ以下の材料の例えばガラス基板によって構成
する。

観察例４ 面分子フィルム上にＤＣマグネトロンスパッタ法により
、膜厚０．２μｍのＣｏ−Ｃｒ磁性膜が被着された乗置
磁気記録媒体に波長が１０μｍの記録信号により、固定
磁気ヘッドによってトランク幅２６μｍの磁気記録を行
った。この磁気記録媒体に、外部磁場を印加しない状態
でそのＣｏ−Ｃｒ　ｖＬ性膜側から、光源部（１１から
の偏光を照射して第２図及び第３図で説明した１１１１
Ｎをとって磁区の観察を行った。この場合、対物レンズ
（３１）は倍率１００　、　Ｎ、＾、＝０．８とした。

この場合、鮮明な磁区観察を行うことができた。

比較例３ 観察例４における試料に対して検光子（１７）を第１の
回転位置において固定し、画像処理を行わなかった。こ
の場合、磁区は全く観察できなかった。これはＣｏ−Ｃ
ｒ磁性膜のカー回転角が小さ過ぎるため、明暗差が小さ
く人間の視覚では磁区の反転部分の見分けができないた
めである。

面、上述した例では、試料（１１）からの反射光、すな
わちカー回転を利用して磁区観察を行った場合であるが
、透過光、すなわちファラデー回転を利用して同様の磁
区観察を行うこともできる。

また、上述の例では外部磁場印加手段（１６）による試
料（１１）に対する外部印加磁場の選定及びベルチェ素
子（２２）よる試料（１１）に対する温度設定を行うこ
とができるようにしたので、上述した各磁区観察を希望
する外部磁場印加及び温度下で行うことができる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明装置によれば、確実にバンクグ
ラウンドノイズの排除操作を実現することができるので
、これに伴ってカー回転角ないしはファラデー回転角の
小さい材料による試料（１１）に対しても確実な磁区観
察を行うことができ、その実用上の利益は極めて大きい
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例の構成図、第２図は磁区観察
の原理の説明図、第３図Ａ−Ｃは磁区観察の一例におけ
る撮像光学像の説明図、第４図は磁場印加手段の上面図
、第５図は第４図のＡ　−Ａ線の断面図、第６図はベル
チェ素子の配置部の一例の断面図、第７図は磁区観察試
料の一例の断面図である。 （１）は直線偏光光源部、（２）は光源、（４）は偏光
子、（１１）は磁区観察試料、（１２）は磁区観察試料
配置部、（１３）はセンターボール、（１４）は線輪、
（１５）は置型コア、（１６）は外部磁場印加手段、（
１７）は検光子、（１８）は撮像カメラ、（１９）は画
像処理装置、（２０）はモニター用画像映出装置である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直線偏光光源部と、 磁区観察試料配置部と、 検光子と、 撮像カメラと、 画像処理装置と、 モニター用画像映出装置とを具備し、 上記検光子は、その光通過軸が回転できるようにされ、 上記検光子の第１の回転位置において、上記光源部から
   の直線偏光を上記磁区観察試料に照射し、該磁区観察試
   料の磁化状態に応じて光−磁気相互作用を受けた透過光
   もしくは反射光の上記検光子を通過して後の第１の光学
   像を上記撮像カメラによって撮像し、該第１の撮像出力
   を上記画像処理装置に入力してこれをメモリし、上記検
   光子の第２の回転位置で上記第１の光学像と明暗が反転
   した第２の光学像を上記検光子を通過後の光学像として
   得て該第２の光学像を上記撮像カメラによって撮像し、
   該第２の撮像出力を上記画像処理装置に入力して上記メ
   モリされた上記第１の光学像に基く入力との差の信号を
   得、該信号による光学像を上記画像映出装置に映出する
   ことにより磁区観察を行うようにしたことを特徴とする
   磁区観察装置。 ２、偏光子を有する直線偏光光源部と、 磁区観察試料配置部と、 検光子と、 撮像カメラと、 画像処理装置と、 モニター用画像映出装置とを具備し、 上記偏光子は、その光通過軸が回転できるようにされ、 上記偏光子の第１の回転位置において、直線偏光を上記
   磁区観察試料に照射し、該磁区観察試料の磁化状態に応
   じて光−磁気相互作用を受けた透過光もしくは反射光の
   上記検光子を通過して後の第１の光学像を上記撮像カメ
   ラによって撮像し、該第１の撮像出力を上記画像処理装
   置に入力してこれをメモリし、上記偏光子の第２の回転
   位置で上記第１の光学像と明暗が反転した第２の光学像
   を上記検光子を通過後の光学像として得て該第２の光学
   像を上記撮像カメラによって撮像し、該第２の撮像出力
   を上記画像処理装置に入力して上記メモリされた上記第
   １の光学像に基く入力との差の信号を得、該信号による
   光学像を上記画像映出装置に映出することにより磁区観
   察を行うようにしたことを特徴とする磁区観察装置。