JPH09264841A

JPH09264841A - 観察装置

Info

Publication number: JPH09264841A
Application number: JP10316396A
Authority: JP
Inventors: Tadao Nozawa; 忠生野沢; Yukio Tokumitsu; 幸夫徳満; Seizou Kadofuri; 誠三角振; Hideaki Kamikawa; 秀哲上川
Original assignee: KYUSHU DENSHI GIKEN KK
Current assignee: KYUSHU DENSHI GIKEN KK
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1996-03-28
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は微細な試料を光学的に観察する観察
装置に関し、特にレーザ光を用いて鮮明な試料の画像を
得ることができる観察装置に関し、レーザ光を用いて試
料を観察する際にスペックルパターンの影響を緩和する
ことができる観察装置を提案することを目的とする。【解決手段】光源から発光されたレーザ光をこの光源
１と試料１００との間で移動する拡散手段３を透過して
前記レーザ光を試料１００に投射し、この試料１００か
ら反射又は透過されるレーザ光を撮像手段で受光して試
料１００を撮像するようにしているので、試料１００へ
レーザ光が投射されることにより生じるスペックルパタ
ーンの影響を極力緩和できることとなり、可干渉性のレ
ーザ光を照射光として使用した場合でも試料の鮮明な画
像を観察できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は微細な構成等を有す
る試料を光学的に観察する観察装置に関し、特にレーザ
光を用いて鮮明な試料の画像を得ることができる観察装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の観察装置であって磁性材
の磁区を観察する磁区観察装置として図７に示すものが
あった。この図７は従来の磁区観察装置の概略構成ブロ
ック図である。同図において従来の磁区観察装置は、レ
ーザ光を発光するヘリウム−ネオン（He-Ne）レーザ１
０と、このレーザ光を同期信号発生器８１からの同期信
号に基づいて透過・遮断する同期用シャッタ８と、この
同期用シャッタ８から透過されたレーザ光を所定振動方
向の偏光として磁性材の試料１００側へ出射するポララ
イザ２５と、この偏光のレーザ光が試料１００へ投射さ
れた後に偏光して出射される反射光の偏光度を検査する
アナライザ２６と、このアナライザ２６から透過される
反射光を撮像するＣＣＤカメラ４と、このＣＣＤカメラ
４で撮像された撮像信号を前記同期信号に基づいて画像
処理して画像信号を生成する画像処理装置４５と、この
画像信号に基づいて視覚的に表示出力するディスプレイ
４３とを備える構成である。この従来の磁区観察装置
は、前記試料１００を載置する載置台６の近傍における
ポラライザ２５及びアナライザ２６の間に一対のコイル
５０ａ、５０ｂを各々対向させて配設し、この一対のコ
イル５０ａ、５０ｂに供給される励磁電流を励磁制御部
５１で制御する構成である。

【０００３】次に、前記構成に基づく従来装置の試料観
察動作について説明する。まず、磁性材である試料１０
０を載置台６上に装着し、この載置台６をｘ軸、ｙ軸、
ｚ軸方向に微調整することにより前記ポラライザ２５及
びアナライザ２６との光軸に一致させる。このように載
置台６に試料１００が装着された後に、励磁制御部５１
の制御により制御された励磁電流を一対のコイル５０
ａ、５０ｂに供給して励磁状態とする。

【０００４】前記He-Neレーザ１０で生成されたレーザ
光は、同期信号に基づいて同期用シャッタ８により断続
状態のレーザ光とされ、この断続状態のレーザ光がポラ
ライザ２５を介して前記一対のコイル５０ａ、５０ｂの
励磁により誘起される磁界で磁化された試料１００上に
投射される。前記ポラライザ２５により出射される偏光
のレーザ光は磁化された試料１００上で磁気光学的カー
効果に基づく磁気旋光現象が生じて偏光面を所定角度回
転させられることとなる。

【０００５】この偏光面の回転は前記試料１００の磁化
の程度により変化し、この所定角度偏光面が回転したレ
ーザ光をアナライザ２６を介してＣＣＤカメラ４で撮像
される。このようにして励磁制御部５１の制御により試
料１００の磁化率を変化させることにより、この変化し
た試料１００の磁区の変化を断続状態のレーザ光で観察
できることとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の磁区観察装置は
以上のように構成されていたことから、試料１００の表
面が粗面等の凹凸を有する表面形状の磁性材等である場
合にはレーザ光の可干渉性によりスペックルパターンが
生じ、磁区画像にスペックルパターンが重畳されて磁区
模様の観察ができないという課題を有していた。また、
試料１００の表面が鏡面の磁性材等である場合にもスペ
ックルパターンの影響により鮮明の磁区画像が得られな
いという課題を有する。

【０００７】また、前記試料１００が磁性材等以外の微
生物、動植物細胞等の観察の場合においても、可干渉の
レーザ光を光源として使用する限り、スペックルパター
ンが生じることとなり、このスペックルパターンにより
試料１００の鮮明な画像が得られないこととなる。本発
明は前記課題を解消するためになされたもので、レーザ
光を用いて試料を観察する際にスペックルパターンの影
響を緩和することができる観察装置を提案することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る観察装置
は、レーザ光を発光する光源と、前記光源と試料との間
に介装されて移動し、前記レーザ光を試料側に透過して
出射する拡散手段と、前記拡散手段を介して試料にレー
ザ光が投射され、当該試料から反射又は透過されるレー
ザ光を受光して試料を撮像する手段とを備えるものであ
る。このように本発明においては、光源から発光された
レーザ光をこの光源と試料との間で移動する拡散手段を
透過して前記レーザ光を試料に投射し、この試料から反
射又は透過されるレーザ光を撮像手段で受光して試料を
撮像するようにしているので、試料へレーザ光が投射さ
れることにより生じるスペックルパターンの影響を極力
緩和できることとなり、可干渉性のレーザ光を照射光と
して使用した場合でも試料の鮮明な画像を観察できる。

【０００９】また、本発明に係る観察装置は必要に応じ
て、光源が所定のタイミングに点滅させてレーザ光を発
光させると共に、当該所定のタイミングに同期して前記
撮像手段が前記試料から反射又は透過されるレーザ光を
受光して試料を撮像するものである。このように本発明
においては、レーザ光を光源から発光するタイミングで
撮像手段が試料を撮像するようにしているので、試料の
変化状態を変化の各段階における静止画像として観察す
ることもできる。

【００１０】また、本発明に係る観察装置は必要に応じ
て、拡散手段の移動度を当該移動により変化するスペッ
クルパターンの変化に前記撮像手段の撮像感度が追従で
できない範囲に設定することもできる。このように本発
明においては、拡散手段の移動に伴って変化するスペッ
クルパターンに追従できない撮像感度で撮像手段が試料
を撮像するようにしているので、撮像手段にはスペック
ルパターンが撮像されることなく静止している試料のみ
が撮像されることとなり、より鮮明な試料の画像を観察
できる。

【００１１】また、本発明に係る観察装置は必要に応じ
て、拡散手段の移動が振動又は回転により行なわれるこ
ともできる。このように本発明においては、拡散手段を
振動又は回転により移動を行なうようにしているので、
振動の場合は簡略且つ小型化した装置構成が可能とな
り、また回転の場合は均一な移動速度により常に同一条
件によりレーザ光を拡散させた状態で試料側へ透過させ
てスペックルパターンの影響を均一に除去することがで
きる。

【００１２】また、本発明に係る観察装置は必要に応じ
て、試料が磁性体である場合に当該試料を磁化手段によ
り磁化し、当該磁化手段の磁化と前記撮像手段の撮像と
を対応付けて行なうこともできる。このように本発明に
おいては、磁性体である試料を磁化手段により磁化する
と共に、この磁化手段の磁化に対応付けて撮像手段が試
料を撮像するようにしているので、磁性体の磁化に伴う
磁区又は磁気特性の変化を磁化の程度に関連付けて観察
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（本発明の第１の実施形態）以下、本発明の第１の実施
形態に係る観察装置を図１に基づいて説明する。この図
１は本実施形態に係る観察装置のブロック構成図を示
す。同図において本実施形態に係る観察装置は、レーザ
光を出射する半導体レーザ１と、このレーザ光の光路中
に磨りガラス板３１が介装され、この磨りガラス板３１
をバイブレータ３２により振動させる拡散手段３と、こ
の磨りガラス板３１の後段側に配設され、この磨りガラ
ス板３１を透過したレーザ光を試料１００側へビームス
プリッタ２１が反射して対物レンズ２２で結像照射する
と共に、この試料１００から反射されたレーザ光を前記
ビームスプリッタ２１が透過する光学系２と、この光学
系のビームスプリッタ２１を透過されたレーザ光を受光
して試料１００を撮像するＣＣＤカメラ４とを備える構
成である。前記光学系はビームスプリッタ２１により試
料１００に対して同軸落射照明として構成される。前記
拡散手段３のバイブレータ３２は、ボイスコイル等で形
成してスピーカ方式で磨りガラス板３１を振動させる構
成とすることができる。

【００１４】次に、前記構成に基づく本実施形態の試料
を観察する動作について説明する。まず、載置台６の上
に試料１００を装着し、光源１からレーザ光を出射す
る。このレーザ光の光路上で拡散手段３はバイブレータ
３２により磨りガラス板３１を振動させ、この磨りガラ
ス板３１を透過したレーザ光を対物レンズ２２により試
料１００上に結像投射する。この試料１００上に投射さ
れたレーザ光が試料１００上で反射し、この反射された
レーザ光が再度対物レンズ２２及びビームスプリッタ２
１の光学系２を介してＣＣＤカメラ４側に出射される。
このＣＣＤカメラ４はビームスプリッタ２１を透過した
レーザ光が受光されて試料１００を撮像する。この撮像
された画像データに基づいて図示を省略するプリンタ、
ＣＲＴ等の出力装置により視覚的に認識できる形式で出
力することにより試料１００を観察することができる。

【００１５】（本発明の第２の実施形態）図２は第２の
実施形態に係る観察装置のブロック構成図を示す。同図
において本実施形態に係る観察装置は、前記図１に記載
の実施形態装置と同様に半導体レーザ１、光学系２、拡
散手段３、ＣＣＤカメラ４及び載置台６を共通して備
え、構成に加え、前記半導体レーザ１の点滅タイミング
及び光強度を調整制御する発光制御部１１と、前記拡散
手段３におけるバイブレータ３２の振動を調整制御する
振動制御部３３と、前記ＣＣＤカメラ４の撮像タイミン
グを調整制御する撮像制御部４１と、前記載置部６に配
設されて磁性体の試料１００を磁化させる励磁ヨーク５
と、この励磁ヨーク５に供給する励磁電流を制御する励
磁制御部５１と、前記ＣＣＤカメラ４から出力される電
気信号に基づいて画像データを生成する画像処理部４２
と、この画像データに基づいて表示するＣＲＴ４３と、
装置全体を制御する制御演算部７とを備える構成であ
る。

【００１６】次に、前記構成に基づく本実施形態により
（１１０）［００１］方位に近い方位を有する３％シリ
コン−鉄（３％Si-Fe）の試料の磁区模様を観察する動
作について説明する。まず、載置台６の上に試料１００
を装着し、この装着された試料１００上に磁性流体コロ
イド溶液１０１を滴下してカバーグラスで覆う。この状
態で制御演算部７は、発光制御部１１、振動制御部３
３、励磁制御部５１及び撮像制御部４１に対して起動信
号を送信し、各々を同期させた状態で各々の制御を開始
させる。

【００１７】前記励磁制御部５１から供給される励磁電
流により励磁ヨーク５が励磁され、この励磁により３％
Si-Feの試料１００を磁化させる。この３％Si-Feの試料
１００の磁化に伴って生ずる磁壁移動を磁性流体コロイ
ド溶液１０１がその磁壁位置を検出する。このように磁
性流体コロイド溶液１０１が所定値の励磁電流により磁
化された状態で、振動制御部３３の制御によりバイブレ
ータ３２を介して拡散手段３の磨りガラス板３１を振動
させ、発光制御部１１の制御により半導体レーザ１を所
定のタイミングで発光させてこの発光されたレーザ光を
振動される磨りガラス板３１及び光学系２を介して磁性
流体コロイド溶液１０１に同軸落射照明方式で投射す
る。このレーザ光が磁化により磁区模様が形成された磁
性流体コロイド溶液１０１に投射されると、この反射に
よるレーザ光が対物レンズ２２を介して光学系２に入射
する。

【００１８】このレーザ光が入射した光学系２はビーム
スプリッタ２１によりＣＣＤカメラ４へ導き、このＣＣ
Ｄカメラ４で電気信号に変換されて画像処理部４２で画
像信号が形成され、この画像信号がＣＲＴ４３に入力さ
れて視覚的に表示される。このようにして励磁制御部５
１により励磁電流を制御することにより３％Si-Feの試
料１００と磁性流体コロイド溶液１０１との磁化の程度
に応じてＣＣＤカメラ４を駆動させ、このＣＣＤカメラ
４により各磁化程度に対応する磁区模様をＣＲＴ４３に
表示させて観察することができる。

【００１９】図３ないし図５は本実施例により観察され
る磁性流体コロイド溶液１０１の磁区模様を示す図面に
代用される各顕微鏡写真である。この各顕微鏡写真を観
察するに当たって出力光波長が６９１.１ｍｍ、出射光
出力が１２.６ｍｗとして半導体レーザ１からレーザ光
を出射するものとする。この図３において拡散手段３の
振動数が正弦波１００Ｈｚで磨りガラス板３１を振動さ
せた場合であり、磁性流体コロイド溶液１０１の顕微鏡
写真は表面還流磁区及び１８０°磁壁が、スペックルパ
ターンが全く表われることなく極めて良好に観察するこ
とができることが解る。前記図４においては拡散手段３
の振動数が正弦波１０Ｈｚで磨りガラス板３１を振動さ
せた場合であり、磁性流体コロイド溶液１０１の顕微鏡
写真は表面還流磁区及び１８０°磁壁がスペックルパタ
ーンの出現もほとんどなく良好に観察することができる
ことが解る。また、前記図５において拡散手段３が設け
られない前記従来技術と同様な場合であり、磁性流体コ
ロイド溶液１０１の顕微鏡写真は高密度のスペックルパ
ターンが出現し、このスペックルパターンにより磁区像
の観察が不可能となっていることが解る。即ち、前記振
動させた磨りガラス板３１をレーザ光の光路中に介在さ
せるない図５に対して、磨りガラス板３１をレーザ光の
光路中に介装させる図３及び図４の場合は可干渉性のレ
ーザ光により磁性材である鋼板の試料１００からの反射
光で生じるスペックルパターンの影響を緩和してＣＣＤ
カメラ４で磁区模様を撮像できることが解る。このよう
にスペックルパターンの影響を受けることなく試料１０
０の表面形状、例えば磁性材の場合には磁区模様を鮮明
の画像で観察できることとなる。

【００２０】（本発明の第３の実施形態）図６は本発明
の第３の実施形態に係る磁気光学的カー効果（Kerr Eff
ect）を利用した観察装置の構成ブロック図である。同
図において本実施形態に係る観察装置は、前記図７に記
載の従来装置と同様にHe-Neレーザ１０（図６において
は半導体レーザに相当）ポラライザ２５、アナライザ２
６、ＣＣＤカメラ４、画像処理装置４５（図６において
は画像処理部４２及び制御演算部７に相当）、一対のコ
イル５０ａ、５０ｂ、ディスプレイ４３（図６において
はＣＲＴ４３に相当）及び載置台６を共通して備え、こ
の構成に加え、前記ポラライザ２５と試料１００との間
に拡散手段３を介装する構成である。前記半導体レーザ
１は発光制御部１１により発光制御され、一対のコイル
５０ａ、５０ｂは励磁制御部５１により励磁制御され、
またＣＣＤカメラ４は撮像制御部４１のより駆動制御さ
れ、この発光制御部１１、励磁制御部５１及び撮像制御
部４１が各々制御演算部７により制御される構成であ
る。

【００２１】次に、前記構成に基づく本実施例装置の試
料観察動作について説明する。まず、磁性材である試料
１００を載置台６上に装着し、この載置台６をｘ軸、ｙ
軸、ｚ軸方向に微調整することにより前記ポラライザ２
５及びアナライザ２６との光軸に一致させる。このよう
に載置台６に試料１００が装着された後に、励磁制御部
５１の制御により制御された励磁電流を一対のコイル５
０ａ、５０ｂに供給して励磁状態とし、前記拡散手段３
の振動を開始させる。

【００２２】前記半導体レーザ１は、発光制御部１１の
発光制御により所定周期の断続状態のレーザ光として射
出され、この断続状態のレーザ光がポラライザ２５で所
定偏光角度に偏った偏光とされて前記拡散手段３を透過
する。この拡散手段３を透過した偏光のレーザ光は、前
記一対のコイル５０ａ、５０ｂの励磁により誘起される
磁界で磁化された試料１００上に投射される。この偏光
のレーザ光は磁化された試料１００上で磁気光学的カー
効果に基づく磁気旋光現象が生じて偏光面を所定角度回
転させられることとなる。

【００２３】この偏光面の回転は前記試料１００の磁化
の程度により変化し、この所定角度偏光面が回転したレ
ーザ光をアナライザ２６を介してＣＣＤカメラ４で撮像
され、この撮像されて得られる電気信号を画像処理部４
２で画像信号を生成してＣＲＴ４３に表示する。このよ
うにして励磁制御部５１の制御により試料１００の磁化
率を変化させることにより、この変化した試料１００の
磁区の動的変化をスペックルパターンの影響を受けるこ
となく断続状態のレーザ光により、磁区模様の変化の各
段階毎に鮮明な静止画像で観察できることとなる。

【００２４】（本発明のその他の実施形態）前記各実施
形態の観察装置における拡散手段３は磨りガラス板３１
を振動させる構成としたが、所定の周速度で磨りガラス
板３１等の散乱又は拡散部材を回動させることにより拡
散手段３を構成することもできる。また、この拡散手段
３の振動・回動等の移動度は、この移動度により変化す
るスペックルパターンの変化にＣＣＤカメラ４等の撮像
手段の撮像感度が追従できない範囲で設定することもで
きる。このスペックルパターンの変化に追従できない撮
像感度は、撮像手段がＣＣＤカメラ４の場合には光強度
に比例して各ポテンシャル井戸に蓄積された電荷をシフ
トレジスタにより移動させる速度を所定値に制御するこ
とに設定し、また撮像手段が現像写真フィルムカメラの
場合にはカメラの露光時間又は写真フィルムの感度によ
り設定することもできる。

【００２５】前記各実施形態の観察装置においては試料
１００にレーザ光を投射し、この反射光に基づいて試料
１００を観察する構成としたが、試料１００にレーザ光
を投射し、この透過光に基づいて試料１００を観察する
構成とすることもできる。この透過光を観察する場合に
おいて図６に示すような試料１００における磁性体の磁
区模様等は、ファラデー効果に基づく磁気旋光現象を観
察することとなる。また、前記各実施形態の観察装置に
おいては試料１００を磁性体の磁区模様を例に挙げて説
明したが、微生物の細胞組織等を試料１００として観察
することもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明においては、光源か
ら発光されたレーザ光をこの光源と試料との間で移動す
る拡散手段を透過して前記レーザ光を試料に投射し、こ
の試料から反射又は透過されるレーザ光を撮像手段で受
光して試料を撮像するようにしているので、試料へレー
ザ光が投射されることにより生じるスペックルパターン
の影響を極力緩和できることとなり、可干渉性のレーザ
光を照射光として使用した場合でも試料の鮮明な画像を
観察できるという効果を奏する。また、本発明において
は、レーザ光を光源から発光するタイミングで撮像手段
が試料を撮像するようにしているので、試料の変化状態
を変化の各段階における静止画像として観察することも
できるという効果を有する。また本発明においては、拡
散手段の移動に伴って変化するスペックルパターンに追
従できない撮像感度で撮像手段が試料を撮像するように
しているので、撮像手段にはスペックルパターンが撮像
されることなく静止している試料のみが撮像されること
となり、より鮮明な試料の画像を観察できるという効果
を有する。また、本発明においては、拡散手段を振動又
は回転により移動を行なうようにしているので、振動の
場合は簡略且つ小型化した装置構成が可能となり、また
回転の場合は均一な移動速度により常に同一条件により
レーザ光を拡散させた状態で試料側へ透過させてスペッ
クルパターンの影響を均一に除去することができるとい
う効果を有する。また、本発明においては、磁性体であ
る試料を磁化手段により磁化すると共に、この磁化手段
の磁化に対応付けて撮像手段が試料を撮像するようにし
ているので、磁性体の磁化に伴う磁区又は磁気特性の変
化を磁化の程度に関連付けて観察できるという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る観察装置のブロ
ック構成図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る観察装置のブロ
ック構成図である。

【図３】図２に記載の観察装置により撮像された磁区模
様を示す図面代用の顕微鏡写真である。

【図４】図２に記載の観察装置により撮像された磁区模
様を示す図面代用の顕微鏡写真である。

【図５】図２に記載の観察装置により撮像された磁区模
様を示す図面代用の顕微鏡写真である。

【図６】図２に記載の観察装置により撮像された磁区模
様を示す図面代用の顕微鏡写真である。

【図７】従来の磁区観察装置のブロック構成図である。

【符号の説明】

１光源２光学系３拡散手段４ＣＣＤカメラ５励磁ヨーク６載置台７制御演算部８同期用シャッタ１０ He-Neレーザ１１発光制御部２１ビームスプリッタ２２対物レンズ２５ポラライザ２６アナライザ３１磨りガラス板３２バイブレータ３３振動制御部４１撮像制御部４２画像処理部４３ディスプレイ４５画像処理装置５０ａ、５０ｂコイル５１励磁制御部８１同期信号発生器１００試料１０１磁性流体コロイド溶液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上川秀哲福岡県北九州市八幡西区自由ヶ丘１−８九州共立大学工学部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光を発光する光源と、前記光源と試料との間に介装されて移動し、前記レーザ
光を試料側に透過して出射する拡散手段と、前記拡散手段を介して試料にレーザ光が投射され、当該
試料から反射又は透過されるレーザ光を受光して試料を
撮像する手段とを備えることを特徴とする観察装置。
【請求項２】前記請求項１に記載の観察装置におい
て、前記光源が所定のタイミングに点滅させてレーザ光を発
光させると共に、当該所定のタイミングに同期して前記
撮像手段が前記試料から反射又は透過されるレーザ光を
受光して試料を撮像することを特徴とする観察装置。
【請求項３】前記請求項１又は２に記載の観察装置に
おいて、前記拡散手段の移動度を当該移動により変化するスペッ
クルパターンの変化に前記撮像手段の撮像感度が追従で
できない範囲に設定することを特徴とする観察装置。
【請求項４】前記請求項１ないし３のいずれかに記載
の観察装置において、前記拡散手段の移動が振動又は回転により行なわれるこ
とを特徴とする観察装置。
【請求項５】前記請求項１ないし４のいずれかに記載
の観察装置において、前記試料が磁性体である場合に当該試料を磁化手段によ
り磁化し、当該磁化手段の磁化と前記撮像手段の撮像と
を対応付けて行なうことを特徴とする観察装置。