CN114965292A - 一种磁光克尔显微镜及获取磁畴壁图像的方法 - Google Patents

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赵月雷
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Abstract

本发明涉及一种磁光克尔测量装置及获取磁畴壁图像的方法，磁光克尔测量装置包括：磁光克尔显微镜，所述磁光克尔显微镜包括目镜、CMOS相机；事件相机，所述事件相机包括底层芯片，所述事件相机设于所述磁光克尔显微镜的目镜上，并且所述事件相机与所述CMOS相机共焦平面。该方法是利用磁光克尔测量装置中的事件相机获取磁畴壁图像。本发明可以提高对此磁性材料的快速检测，具有高分辨率，操作简便，对磁性材料的研究和发展具有重要意义。

Description

一种磁光克尔显微镜及获取磁畴壁图像的方法
技术领域
本发明涉及显微镜技术领域，尤其涉及一种磁光克尔显微镜及获取磁畴壁图像的方法。
背景技术
当一束线偏振光照被磁性介质反射后，反射光的偏振面相对于入射光的偏振面有一个小的角度偏转(克尔旋转角)，这一现象被称为磁光克尔效应。该效应与显微成像技术结合组成磁光克尔显微镜，被广泛应用于磁性材料磁性测量，磁畴观察等。
目前所有的磁光克尔显微镜设备都采用的是普通的CMOS相机，上限为100帧，即每秒只能采集100张图像。考虑到数据的传输等过程，测试时一般为60帧。虽然采用高速相机可以将上限提升到1000帧，但是产生的数据量太大，无法及时传输到计算机进行实时成像，只能先将数据存储到数据卡中后期进行处理成像。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供一种磁光克尔显微镜及获取磁畴壁图像的方法，本发明的技术方案如下：
一种磁光克尔测量装置，包括：
磁光克尔显微镜，磁光克尔显微镜包括目镜、CMOS相机；
事件相机，事件相机包括底层芯片，事件相机设于磁光克尔显微镜的目镜上，并且事件相机与CMOS相机共焦平面。
作为优选的技术方案，目镜数量为1个。
作为优选的技术方案，包括磁光克尔成像光路，磁光克尔成像光路包括入射光路和成像光路，成像光路的反射光在共焦平面处形成磁畴壁图像。
作为优选的技术方案，入射光路用于提供线偏振光，成像光路用于收集被磁性材料反射的光，反射光的偏振信息进行检偏处理后形成图像。
作为优选的技术方案，事件相机能够根据成像光路的光强动态变化输出事件信息。
作为优选的技术方案，底层芯片包括放大电路、差分电路和比较电路，成像光路光强动态变化信号由底层芯片处理后输出事件信息。
作为优选的技术方案，事件信息包括磁畴在空间和时间上的运动路径。
作为优选的技术方案，事件相机能够在竖直方向运动并记录磁畴运动过程。
作为优选的技术方案，事件相机采集事件信息的速度为200帧/s。
作为优选的技术方案，磁光克尔显微镜还包括LED光源、分光镜、样品支架、电磁铁，起偏器和检偏器。
本申请还提供一种获取磁畴壁图像的方法，包括：
事件相机设于磁光克尔显微镜的目镜上，并且调整事件相机与CMOS相机共焦平面；
被测磁性样品固定于磁光克尔显微镜的样品支架上；
施加磁场；
光源发射的光经过起偏器后，线偏振光照射于被测磁性样品表面，从被测样品表面反射的光经过检偏器后的光强动态变化由事件相机探测，获得被测磁性样品的磁畴壁图像。
作为优选的技术方案，磁场方向与被测磁性样品表面垂直。
作为优选的技术方案，还包括事件相机执行以下处理：
事件相机探测到的光强动态变化转化为电信号；
电信号经过差分电路处理后，获得变化量；
变化量传输于比较电路，并将变化量与预设的阈值进行比较；
变化量超出预设阈值时，输出事件信息。
作为优选的技术方案，变化量为计算前一个事件信息开始至现在的变化量。
本发明采用的技术方案达到的有益效果：
本发明提供了磁光克尔显微镜装置，实现高分辨率、增大测量精度，可以准确、高效的获得磁性材料的磁信息，还可以对任意尺寸的样品进行检测，不会对样品的磁化状态产生影响、时间分辨率高；
本发明基于磁光克尔显微镜装置提出一种获取磁畴壁图象的方法，操作简便，成本较低，本方法极大的提高了观测磁性材料的磁性信息，为磁性研究提供了更多的可能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1-2公开的显示模组结构示意图；
图2为本发明实施例1-2公开的显示模组结构示意图；
图3为本发明实施例1-2公开的显示模组结构示意图；
图4为本发明实施例1-2公开的显示模组结构示意图；
图5为本发明实施例1-2公开的显示模组结构示意图。
附图标记说明：
CMOS相机10；LED光源101；起偏器102；检偏器103；分光镜104；样品支架105；电磁铁106；
事件相机20；感应电路201；差分电路202；比较电路203。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种磁光克尔测量装置，根据图1，包括：
磁光克尔显微镜，磁光克尔显微镜包括目镜、CMOS相机10；
事件相机20，事件相机20包括底层芯片，事件相机20设于磁光克尔显微镜的目镜上，并且事件相机20与CMOS相机10共焦平面。
磁光克尔技术主要原理是当一束线偏振光被磁性材料反射后，反射光的偏振面相对于入射光的偏振面会有一个小的角度偏转，这种效应称为磁光克尔效应。当反射光通过检偏器103后会在相机上形成图案，即为磁畴的图形。
事件相机20通过感知场景光强的动态变化来获取信息。事件相机20是一种“异步”触发的相机，输出为事件点发生的像素坐标、触发时间以及极性，每个事件点相互独立感光和传输，事件相机20具有高时间分辨率和低延时特性，高动态范围以及极低功耗优点。
优选的，目镜数量为1个。磁光克尔显微镜还包括LED光源101、分光镜104、样品支架105、电磁铁106，起偏器102和检偏器103。其中LED(Light-Emitting Diode)光源，LED光源101为发光二极管为发光体的光源，可获得很强的对比度，并且拥有较高的使用寿命。
事件相机20设在磁光克尔显微镜其中一个目镜上，另一个目镜处于遮蔽状态或取下，或者根据所需保留。事件相机20与CMOS相机10成45度夹角，能够更好确定共焦平面，以便事件相机20在共焦平面处获得图像，一旦确定了共焦平面，CMOS相机10可以去除。
优选的，包括磁光克尔成像光路，磁光克尔成像光路包括入射光路和成像光路，成像光路的反射光在共焦平面处形成磁畴壁图像。
优选的，入射光路用于提供线偏振光，成像光路用于收集被磁性材料反射的光，反射光的偏振信息进行检偏处理后形成图像。
根据图1，LED光源101发出的光线经过起偏器102，转变为线偏振光，照射到样品上，由于样品内磁畴的存在使样品各个区域内磁化强度和方向不同，因此不同区域对线偏振光，偏振面的改变各不相同。因此当反射光通过检偏器103后光斑的强度分布不同，通过事件相机20探测可获得样品的磁畴壁图像。
磁光克尔显微镜CMOS相机10所采集的磁畴图像，见图2，两种衬度分别对应着不同方向的磁畴，两种衬度的分界线为磁畴壁。用事件相机20采集到的磁畴壁图像，见图3，只能看到运动的磁畴壁，这是由事件相机20的特性决定的，只有光强发生变化事件相机20才会记录数据，所以记录下来的只有磁畴壁位置的变化。
优选的，事件相机20能够根据成像光路的光强动态变化输出事件信息。根据事件相机20工作原理，在相应的像素点的亮度变化达到某一阈值时，事件相机20会触发一个事件，这样的事件是离散的异步的点。
优选的，底层芯片包括放大电路、差分电路202和比较电路203，成像光路光强动态变化信号由底层芯片处理后输出事件信息。
事件相机20从底层芯片设计时就采用了与传统相机完全不同的构造，根据图4，事件相机20具有光感应电路201，感应光强动态变化，事件相机20还具有将光电转化的前置放大电路，事件相机20的像素还加入了时间差分电路202与比较电路203，当差分电路202输出的光强变化信号超过阈值时，才会输出事件信号。反之，当光强变化不大，或者变化很慢时，像素不产生信号。光强变化信号经过事件相机20的一些特殊电路，转化成事件数据，其中每一个事件包括像素的坐标、极性(光强变强或变弱)以及该事件的时间戳。事件的时间戳可以达到很高的时间分辨率，目前商业推广的机型可以达到微秒。本实施例的磁光克尔测量装置应用在磁性材料、磁性薄膜磁畴的动态静态观测等发挥着重要作用。
优选的，事件信息包括磁畴在空间和时间上的运动路径。
优选的，事件相机20能够在竖直方向运动并记录磁畴运动过程。
优选的，事件相机20采集事件信息的速度为200帧/s。
实施例2
本实施例是在实施例1基础上提供一种获取磁畴壁图像的方法，根据图5，包括：
事件相机20设于磁光克尔显微镜的目镜上，并且调整事件相机20与CMOS相机10共焦平面；
被测磁性样品固定于磁光克尔显微镜的样品支架105上；
施加磁场推动磁畴壁的运动；
光源发射的光经过起偏器102后，线偏振光照射于被测磁性样品表面，从被测样品表面反射的光经过检偏器103后的光强动态变化由事件相机20探测，获得被测磁性样品的磁畴壁图像，见图2。
根据图1，将事件相机20安置于磁光克尔显微镜的目镜上，调整后与COMS相机共焦平面，在实际上操作中，事件相机20需与COMS相机成45度；
将被测磁性样品(如铁、钴、镍及其合金)用双面胶固定在样品支架105台上，并把样品架安放在磁铁固定架中心的孔内，当安置好被测磁性样品后，可以旋紧样品架一段的螺丝，这样可以固定被测磁性样品，防止加磁场时，样品位置有轻微的变化，影响磁光克尔信号的测量；
做好光路调整后，加入磁场，根据所需设置不同强度及不同方向的磁场，也可以由本领域技术人员根据所需设定，在本实施例中不做具体限定。优选的，磁场方向与被测磁性样品表面垂直。线偏振光照射于被测磁性样品表面，根据法拉第效应，反射光变为圆偏振光且偏振面会有一个夹角的变化，用检偏器103即可检测这个偏振面夹角的变化，通过检偏器103的光强变化可以对应磁性材料的磁畴的变化，其光强的变化由事件相机20探测。
事件相机20测量的不是绝对的光照强度，而测量的是光强的变化。根据图4，事件相机20的每个像素都有执行以下逻辑功能的模拟电路：
事件相机20的光感应器将探测到的光强动态变化转化为电信号；
电信号经过差分电路202处理和比较器，计算从上一个事件开始至今的变化量(差分)，并通过与预设的内部阈值进行对比来选择是否触发事件；
当变化量超出预设阈值时，即为触发事件，事件相机20以微妙级分辨率标记戳，并输出异步事件流；
在触发事件之后，差分电路202复位并开始计算下一个事件的差分。
以上对本申请实施例一种磁光克尔显微镜及获取磁畴壁图像的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (14)

1.一种磁光克尔测量装置，其特征在于，包括：
磁光克尔显微镜，所述磁光克尔显微镜包括目镜、CMOS相机；
事件相机，所述事件相机包括底层芯片，所述事件相机设于所述磁光克尔显微镜的目镜上，并且所述事件相机与所述CMOS相机共焦平面。
2.根据权利要求1所述的磁光克尔测量装置，其特征在于，所述目镜数量为1个。
3.根据权利要求1所述的磁畴成像测量装置，其特征在于，包括磁光克尔成像光路，所述磁光克尔成像光路包括入射光路和成像光路，所述成像光路的反射光在所述共焦平面处形成磁畴壁图像。
4.根据权利要求3所述的磁畴成像测量装置，所述入射光路用于提供线偏振光，所述成像光路用于收集被磁性材料反射的光，所述反射光的偏振信息进行检偏处理后形成图像。
5.根据权利要求3所述的磁畴成像测量装置，其特征在于，所述事件相机能够根据所述成像光路的光强动态变化输出事件信息。
6.根据权利要求5所述的磁畴成像测量装置，其特征在于，所述底层芯片包括放大电路、差分电路和比较电路，所述成像光路光强动态变化信号由所述底层芯片处理后输出事件信息。
7.根据权利要求5所述的磁畴成像测量装置，其特征在于，所述事件信息包括磁畴在空间和时间上的运动路径。
8.根据权利要求1-7任一项所述的磁畴成像测量装置，其特征在于，所述事件相机能够在竖直方向运动并记录所述磁畴运动过程。
9.根据权利要求1-7任一项所述的磁畴成像测量装置，其特征在于，所述事件相机采集所述事件信息的速度为200帧/s。
10.根据权利要求1-7任一项所述的磁畴成像测量装置，其特征在于，所述磁光克尔显微镜还包括LED光源、分光镜、样品支架、电磁铁，起偏器和检偏器。
11.一种获取磁畴壁图像的方法，其特征在于，包括：
事件相机设于磁光克尔显微镜的目镜上，并且调整所述事件相机与CMOS相机共焦平面；
被测磁性样品固定于所述磁光克尔显微镜的样品支架上；
施加磁场；
光源发射的光经过起偏器后，线偏振光照射于所述被测磁性样品表面，从所述被测样品表面反射的光经过检偏器后的光强动态变化由所述事件相机探测，获得所述被测磁性样品的磁畴壁图像。
12.根据权利要求11所述的获取磁畴图像的方法，其特征在于，所述磁场方向与所述被测磁性样品表面垂直。
13.根据权利要求11所述的获取磁畴图像的方法，其特征在于，还包括所述事件相机执行以下处理：
所述事件相机探测到的光强动态变化转化为电信号；
所述电信号经过差分电路处理后，获得变化量；
所述变化量传输于比较电路，并将所述变化量与预设的阈值进行比较；
所述变化量超出预设阈值时，输出事件信息。
14.根据权利要求13所述的获取磁畴壁图像的方法，其特征在于，所述变化量为计算前一个事件信息开始至现在的变化量。
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