JPH0665883U - 微小域磁区構造観測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁性材料の磁区構造を観察するため従来よ
り大きな拡大率で磁区像の鮮明な観測を可能とする微小
域磁区構造観測装置を提供すること。 【構成】 光源よりの光を偏光子を経て射出し、射出
偏光を対物レンズの中心軸を含まない一側であって、該
対物レンズに垂直に入射させ、その射出光を必要に応じ
て強磁界を印加することのできる手段をその近傍に設け
た微小域磁区構造観測用資料に斜めに投射、その斜めの
反射光を再び同一対物レンズの中心軸を含まない他側に
入射させ、その射出光を検光子を通過させて射出する偏
光を磁区像として観測する様にした微小域磁区構造観測
装置。

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は磁性材料の微小域磁区構造観測装置に関する。 従来の技術 従来、磁性材料の磁区構造観測手段として、磁気カー効果による偏光を用いた 観測手段は知られていた。然し乍らこれらの装置は観測に際し、観測装置として その側方に磁界を印加する手段を設けた被測定試料面に対し、斜方向より偏光を 照射し、その反射光を観測するため、対物レンズを或る程度以上、試料に接近さ せることができず、従って試料の観測に当っては、その対物レンズの焦点距離を 大きくしなければならないため、高々１〜４倍程度の拡大率を有する対物レンズ しか使用することができなかった。 又、光軸として対物レンズの中心軸を通過する従来技術では、被測定磁性材料 の磁化の向きが水平方向（面内方向）である場合、その磁区構造を観測すること は不可能であった。 更に又、従来技術では、試料近傍にコイルを設置する必要がある為、観測用試 料は１０ｍｍ〜３０ｍｍ角程度の大きさに切断、使用することが必要であった。 考案が解決しようとする問題点 本考案は磁区構造観測用試料である磁化膜または磁性体など、磁性材料につき 、その微小域についての磁区構造を対物レンズで１〜４０倍、直接観測で１〜４ ００倍、画像処理観察で２．５〜１０００倍程度の拡大率で観測が可能な微小域 磁区構造観測装置を提供することである。 ここで観測用試料である磁性材料としては、磁気テープ、フロッピーディスク 、ビデオテープ等、通常の磁気的ソフト材であってもよいが、いわゆる磁気的ハ ード材、殊にメタルテープ、スパッター又はメッキ、蒸着等によるハードディス ク、又更に磁気ヘッド、アモルファス合金薄帯等であってもよく、又、これら磁 性材料は垂直磁化材料（垂直磁化膜）であっても観測可能であるが、水平（面内 方向）磁化材料〔水平（面内）磁化膜］であっても観測可能な磁性材料の微小域 磁区構造観測装置を提供することである。 又、観測用試料は、例えば３ｍｍ〜３００ｍｍ角又はφ程度と大きいものであ っても、切断等することなく、非破壊でその微小域磁区構造を観測できる装置を 提供することである。 問題点を解決するための手段 本考案は、磁気カー効果測定手段において、光源よりの光を偏向子を経て射出 し、射出偏光を対物レンズの中心軸を含まない一側であって該対物レンズに垂直 に入射させ、その射出光を、必要に応じて強磁界を印加することのできる手段を その近傍に設けた磁性材料よりなる微小域磁区構造観測用試料に投射、その反射 光を再び同一の対物レンズの中心を含まない他側に入射させ、その射出光を検光 子を通過させて射出する偏光に観測手段を施すことを特徴とする微小域磁区構造 観装置である。 ここで必要に応じ強磁界を印加することのできる手段は、±０．１ＫＯｅ以上 、好ましくは±１ＫＯｅ〜±１０ＫＯｅの強磁界を主成することができる鉄心コ イル、例えばワイス型電磁石を微小域磁区構造観測用試料の近傍、例えばこの試 料と近接して、或はこの試料の側方等に設けてなる手段である。 更にここで使用する電磁石用鉄心は、例えば第１図および第２に示すような形 状であって、コイル捲回部、アーム部、テーパー部及びコネクション部よりなる 特殊形状鉄心使用コイルにより構成され、１〜５ｍｍ幅程度のエアギャップ部を 構成する。これにより、微小域磁区構造観測用試料である磁性材料を破壊するこ となく、そのまま非破壊で、３ｍｍ〜３００ｍｍ角又はφ程度の大きさの試料の 任意の希望部分を前記電磁石用鉄心のテーパー部により構成されるエアギャップ 部に近接させて、有利にその微小域磁区構造を観測することができるものである 。 なお３ｍｍ〜３００ｍｍ角又Ｏはφ程度の大きさの微小域磁区構造観測用試料 の場合は、上記特殊形状鉄心コイルに代えて従来公知の鉄心コイルによる電磁石 を微小域磁区構造観測用試料の近傍に設置して構成することもできるのである。 次に検光子を通過させて射出する偏光の観測手段は接眼レンズを通じる目視手 段でもよいが、電子ビーム撮像管、例えばビジコンカメラやカルニコンカメラ等 とモニターテレビの組合せによる手段であってもよい。しかし乍ら、更に好まし い手段はＣＣＤカメラを用い、これにリアルタイムＴＶ画像処理手段を組合わせ てなる観測手段である。 本考案に使用することができる微小域磁区構造観測用試料である磁性材料とし ては、フェライト材、センダスト材、パーマロイ材などを利用した磁性材料が好 ましく使用することができるが、磁気的ソフト材、磁気的ハード材のいずれをも 使用することができる。 ここで磁気的ソフト材としては、例えばオーディオ用磁気テープ、フロッピー ディスク、ビデオテーブ、磁気カード、磁気切符、磁気ヘッド、アモルファス金 属薄帯等があり、磁気的ハード材としては、例えばメタルテープ、スパッター又 はメッキ或は蒸着等によるハードディスク、磁気ディスク、磁気ドラム等がある 。 これらの磁性材料は、垂直磁化材料（垂直磁化膜）であってもよいが、又水平 （面内）磁化材料〔水平（面内）磁化膜］であってもよい。 本考案を図面に基づき詳述すると、本考案に使用することができる磁気カー（ ＫＥＲＲ）効果測定手段は光源１、例えばレーザー光線発生手段、超高圧水銀灯 、キセノンランプ又はハロゲンランプなどの光線発生手段により発生した光線は 、コンデンサレンズ２、ピンホール３、コリメーターレンズ４、フイルター５及 び偏光子６により４００ｍμ〜５５０ｍμ、試料に依ては４８０ｍμ〜５５０ｍ μの直線又は楕円偏光を取り出し、反射鏡７を経て対物レンズ８の中心軸を含ま ない一側に対物レンズに垂直に入射させ、その射出光を、必要に応じ、強磁界を 印加することのできる手段、例えば鉄心コイル（電磁石）１１をその近傍に設け た微小域磁区構造観測用試料である磁性材料１０に投射し、その反射光を再び同 一の対物レンズ８の中心軸を含まない他側に入射させ、その射出光を反射鏡７を 経て検光子１２を通過させ、更に必要に応じ、フイルター５’を通過させた後、 ピンホール３’接眼レンズ１３を経て観測手段１４を施すものである。 ここで、磁性材料の微小域磁区構造観測のために、対物レンズを出射した偏光 は、微小域磁区構造観測用試料に対し、約４５゜の入射角並びに反射角を以て入 反射させるものである。 次に、ここで使用する鉄心コイル１１は鉄心１１−１及びコイル１１−２より なり、この鉄心１１−１は透磁率の高い軟鉄材を使用することが好ましい。例え ば第１図及び第２図に示す様に、鉄心１１−１はコイル捲回部１１−１−１、ア ーム部１１−１−２、テーパー１１−１−３、及びコネクター部１１−１−４等 より構成され、そのテーパー部１１−１−３により、１〜５ｍｍ幅程度のエアー ギャップ部１１−１−５を構成する。このエアーギャップ部に３ｍｍ〜３００ｍ ｍ角又はφ程度の大きさの微小域磁区構造観測用試料である磁性材料を切断して 試料片として使用、観測してもよいが、非破壊で、その試料の観測を希望する任 意の部分を近接させて観測することができる。但し、エアーギャップは、本考案 装置に使用するレンズの倍率、Ｎ．Ａ．（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒ ｅ）に応じて設計されるものである。 本考案装置において、微小域磁区構造観測用試料である磁性材料がハード材の 場合は通常０．１ＫＧａｕｓｅ〜１０ｋＧａｕｓｅの高磁束密度を生成させる必 要があるため、強磁界を印加させる必要があるので、特に好ましくは、電磁石を 使用した磁気カー効果測定装置にＣＣＤカメラ及びリアルタイムＴＶ画像処理装 置を組合わせて使用するのが好ましい。 次に本考案において、その観測手段１４としては、目視手段により、又は直接 写真撮影による手段を用いてもよいが、電子ビーム撮像管、例えばビジコンカメ ラ或はカルニコンカメラ等とモニターテレビを組合わせ使用する手段を用いるこ とも可能である。この場合は、その映像の拡大倍率は、対物レンズとして１〜４ ０倍、接眼レンズとして１〜１０倍が使用可能であるので、全体として１〜４０ ０倍程度のものが得られる。しかし乍ら、観測手段としてＣＣＤカメラ１４−１ とリアルタイムＴＶ画像処理装置１４−２を使用した場合は、装置全体として２ ．５〜１０００倍程度の拡大率の映像を得ることができるものである。 ＣＣＤカメラとリアルタイムＴＶ画像処理装置を組合わせ使用する観測手段を 用いた場合を以下に説明する。 前記の様に接眼レンズ１３を射出した偏光は、その観測手段１４としてまず第 ３図に示すＣＣＤカメラ１４−１に受光する。 ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラとは、金属− 酸化物−半導体で形成したＭＯＳダイオードであり、ゲート電極がモザイク状に 配列されているＣＣＤ全固体撮像素子を有するカメラで、カメラヘッド部とカメ ラ制御部とよりなる。 前記ＣＣＤカメラへの受光光をカメラヘッド部のＣＣＤ全固体撮像素子で光電 変換された信号は、カメラ制御部のアナログ又はディジタル走査によって映像信 号として出力される。 ＣＣＤカメラ１４−１よりの出力信号は第３図リアルタイムＴＶ画像処理部１ ４−２へ送られる。このリアルタイム画像処理部は、その内部に高速で作動する Ａ／Ｄ変換部１７、演算処理部（メモリ書込み）１８、メモリ部１９、演算処理 部（メモリ読出し）２０、エンハンス処理部２１、Ｄ／Ａ変換部２２を含んで構 成されている。 まず微小域磁区構造観測用試料１０に磁界を印加しない時の像を演算処理部１ ８で積分し（３０）（第４図）、メモリ部１９に記憶し、背景像とする（３１） 。 次に微小域磁区構造観測用試料１０に強磁界を印加しＣＣＤカメラ１４−１か らの映像信号から前記背景像を引きながら、メモリ１９を使ってアベレージング 処理をする（３２）と同時にエンハンス処理部２１ でコントラストを強調し（３３〜３７）、Ｄ／Ａ変換部２２を通じて ＴＶ表示 する（２８）。 ここで背景像を引くことにより、微小域磁区構造観測用試料表面の不均一に起 因するＣＣＤカメラ出力電圧のバラツキを除去し、磁界による変化部分のみを抽 出することができる。 演算処理部での積分は、同一映像を数回加算するもので、静止画に対するＳ／ Ｎ改善をもたらし、加算回数をＮとすると のＳ／Ｎ改善効果がある。一方、アベレージングは入力画像データとメモリ画像 データの重み付けをして、メモリの書込みデータとするもので、動画像に対する Ｓ／Ｎ改善である。重み付け係数をＫとすると のＳ／Ｎ改善効果がある。Ｋの値の設定はリモコンボックス２４、２５にて行な う。 又エンハンス処理部２１は濃度エンハンスルックアップテーブルで構成されて おり１６ビットの画像データの場合は、観察したい部分を選択して、その範囲を コントラストを強調するもので、見やすい画像を得ることができる。 以上の画像処理により、微小域磁区構造観測用試料である磁性材料の微小域磁 区構造が大きい拡大率で明瞭に観察出来る様になったものである。 なお本考案に使用するリアルタイムＴＶ画像処理装置は少くとも毎秒２５フレ ーム以上、好ましくは毎秒３０フレーム以上の画像処理をすることが可能でなけ ればならないものである。 実施例 第１図及び第２図に示す装置を使用し、光源１として１００Ｗの超高圧水銀灯 を使用し、フイルター５を使用して得た４８０ｍμ〜５５０ｍμの直線偏光を倍 率２０倍の対物レンズ８の中心軸を含まない一側に中心軸に平行に入射する。 微小域磁区構造観測用試料１０として１３０ｍｍφのハードフロッピーディス クを第１図試料台９に設置し、この試料に対し、電磁石１１に３ＫＯｅの強磁場 を生成し、又は前記磁場を生成せずに前記対物レンズ８を出射した偏光を４５゜ に近い入、反射角で照射する。 この微小域磁区構造観測用試料１０を反射した偏光は、中心軸を含むことなく 中心軸に平行に対物レンズ８、検光子１２、ピンホール３’、倍率１０倍の接眼 レンズ１３を経てＴ１−２６Ａ形ＣＣＤカメラ（日本電気株式会社製商品名）１ ４−１の受光部へ達する。 ＣＣＤカメラ受光部での映像信号はカメラ制御部へ送られ、ディジタル化した 画像信号電流としてリアルタイムＴＶ画像処理装置イメージΣ（日本アビオニク ス株式会社製商品名）のビデオ切替部１６を経てＡ／Ｄ変換部１７へ入力される 。 ここでＡ／Ｄ変換部１７は８ビット／画素として構成され、画素構成は６４Ｋ Ｄ−ＲＡＭ使用により６８０×４８０画素／画面であり、背景画像を入力して積 分した積分結果は１６ビット／画素、積分時間３３ｍｓｅｃ／画面（８．３秒／ ２５６画面）である。 更に背景除去像に対する動的ノイズ除去としては 但し、Ｌ：入力画像、Ｂ：背景画像、Ｓ：入力画像−背景画像、Ｋ：重み付け 係数（Ｋ＝２，４，６，８，１６ビット），Ｍ：画像メモリ（６４０×４８０× １６ビット）、ｎ： 画像数として計算される。 又、背景除去像に対する静的ノイズ除去としては次の様に計算される。 但し、Ｌ，Ｂ，Ｓ，Ｍ，ｎは前記同様の意味を有する。 なお、輝度強調有効データをフルスケール表示する際は、２５６諧調でＤ／Ａ 変換部は８ビット／画素として構成されている。 結局、画像処理方式としては、ある一方向の飽和状態の磁区パターンを積分し て背景画像とし、ライブ像との差分をとってエンハンスした後、アベレージング するものであり、これにより動的観測が可能になったものである。 以上の結果、倍率５００倍の明瞭な縞状の微小磁区構造を観測することができ た。 作用 本発明は前述の通り、射出偏光を対物レンズの中心軸を含まない一側であって 、該対物レンズに垂直に入射させ、その射出光を微小域磁区構造観測用試料であ る磁性材料に投射、その反射光を同一対物レンズの中心軸を含まない他側に入射 させて使用するものである。 通常、微小域磁区構造観測用試料である磁性材料と近接し、或はその近傍、殊 に側方には、必要に応じ、±０．１ＫＯｅ〜１０ＫＯｅ の強磁界又は０．１Ｋ Ｇａｕｓｓ〜１０ＫＧａｕｓｓ程度の高磁束密度を生成し得る強磁界を印加する ための手段として、鉄心コイル（電磁石）などが設置してある為、従来の様な磁 区構造観測用試料に対し、偏光を斜方向より入射させる装置とは異なり、本考案 装置は、偏光を対物レンズの中心軸は含まないが、対物レンズの中心軸に対して 平行に入射、微小域磁区構造観測用試料に投射し、その反射光を同一対物レンズ の中心軸は含まない他の一側で中心軸に平行に出射する様にした装置であるので 、焦点距離の短い、即ち拡大率の大きい対物レンズを使用することが可能となっ た。 更に本考案装置による微小域磁区構造観測用試料である磁性材料観測の為に使 用する偏光は、対物レンズの中心軸を含まない様に、しかもその中心軸に平行に 通過させるものであって、好ましくは、微小域磁区構造観測用試料に投射する際 は、対物レンズの中心軸に対して約４５゜の入射角並びに反射角を以て入反射さ せる様に構成してあるので、微小域磁区構造観測試料である磁性材料が、その平 面に対し、垂直方向のみならず、水平（面内）方向に磁化されている場合であっ ても、その微小域磁区構造を観測することが可能となったものである。 又、微小域磁区構造観測試料が磁気的ハード材の場合には、通常強磁界を印加 して観測を行なうものであるが、射出偏光の観測手段としてＣＣＤカメラ及びリ アルタイムＴＶ画像処理装置を使用することにより、強磁界を印加しても背景雑 音を除去して微小域磁区構造を観測することが可能となったものである。 更に又本考案装置を使用する際、本装置を構成する強磁界印加手段として鉄心 コイル（電磁石）を使用するものであるが、鉄心の形状を前述の様な形状とすこ とにより、微小域磁区構造観測用試料を載置する為の十分な余裕を有するものと なった。 効果 従来、磁性材料の磁区構造の観測は、対物レンズで１〜４倍程度の拡大率しか 得られなかったが、本考案装置を使用することにより、対物レンズで１〜４０倍 の拡大率が得られ、全体として直接観測で１〜４００倍、画像処理観測で２．５ 〜１０００倍の拡大率で磁性材料の微小域磁区構造観測が可能となったものであ り、従来よりも磁性材料の飛躍的に高い精度でのその微小域磁区構造を観測する ことが初めて可能となったものである。 又、本考案装置を使用することにより垂直磁気記録材料のみならず、水平（面 内）磁気記録材料についての微小域磁区構造の観測も可能となったものである。 更に本考案装置を使用する際、強磁界印加手段として前記鉄心コイル（電磁石 ）において特殊形状の鉄心を使用する場合は、微小域磁区構造観測 用試料は、３ｍｍ〜３００ｍｍ角又はφ程度の大きさならば、切断、破壊等する ことなく、非破壊でその任意の部分の微小域についての磁区構造を観測すること が可能となったものでありその利点はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本考案の微小域磁区構造観測手段における磁気
カー効果観測手段の説明例図であり、第２図は強磁界を
印加することのできる手段として第１図に示す強磁界発
生用鉄心コイル（電磁石）の鉄心の形状の説明例図であ
る。第３図は本考案微小域磁区構造観測手段としてのＣ
ＣＤカメラ及びリアルタイムＴＶ画像処理部のブロック
説明図であり、第４図は同じくリアルタイムＴＶ画像処
理部のフローチャート図を示す。

─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】 【提出日】平成５年９月２４日 【手続補正２】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】図面の簡単な説明 【補正方法】変更 【補正内容】 【図面の簡単な説明】 【図１】 本考案の微小域磁区構造観測手段における磁
気カー効果観測手段の説明例図である。 【図２】 強磁界を印加することのできる手段として第
１図に示す強磁界発生用鉄心コイル（電磁石）の鉄心の
形状の説明例図である。 【図３】 本考案微小域磁区構造観測手段としてのＣＣ
Ｄカメラ及びリアルタイムＴＶ画像処理部のブロック説
明図である。 【図４】 同じくリアルタイムＴＶ画像処理部のフロー
チャート図を示す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １．磁気カー効果測定手段において光源よりの光を偏光
   子を経て射出し、射出偏光を対物レンズの中心軸を含ま
   ない一側であって、該対物レンズに垂直に入射させ、そ
   の射出光を必要に応じて強磁界を印加することのできる
   手段をその近傍に設けた微小域磁区構造観測用試料に投
   射、その反射光を再び同一対物レンズの中心軸を含まな
   い他側に入射させ、その射出光を検光子を通過させて射
   出する偏光に観測手段を施すことを特徴とする微小域磁
   区構造観測装置。 ２．必要に応じて強磁界を印加することのできる手段は
   ±０．１ＫＯｅ以上、好ましくは±１ＫＯｅ〜±１０Ｋ
   Ｏｅの強磁界を生成することができる鉄心コイルを設け
   てなる手段である実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   微小域磁区構造観測装置。 ３．微小域磁区構造観測用試料の近傍に設けた強磁界印
   加手段としての電磁石用鉄心は、微小域磁区構造観測用
   試料に近接して使用するエアギャップ部を有する構造で
   あることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項又
   は第２項記載の微小域磁区構造観測装置。 ４．微小域磁区構造観測用試料は３ｍｍ〜３００ｍｍ角
   又はφの大きさの非破壊試料であることを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記
   載の微小域磁区構造観測装置。 ５．検光子を通過させて射出する偏光の観測手段は、接
   眼レンズを通じる目視又は写真撮影手段であることを特
   徴とする実用新案登録請求の範囲第１項乃至第４項のい
   ずれかに記載の微小域磁区構造観測装置。 ６．検光子を通過させて射出する偏光の観測手段は、電
   子ビーム撮像管カメラ及びモニターテレビの組合せによ
   る手段であることを特徴とする実用新案登録請求の範囲
   第１項乃至第４項のいずれかに記載の微小域磁区構造観
   測装置。 ７．検光子を通過させて射出する偏光の観測手段は、Ｃ
   ＣＤカメラ及びリアルタイムＴＶ画像処理手段よりなる
   ものであることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第
   １項乃至第４項のいずれかに記載の微小域磁区構造観測
   装置。