JP2006113527A - カー効果顕微鏡 - Google Patents
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Abstract
【課題】 対物レンズの偏光ムラに起因する消光比の低下が抑制されたカー効果顕微鏡を提供する。
【解決手段】 本発明によるカー効果顕微鏡は,光源1と,対物レンズ14と,光源1からの光を対物レンズ14を介して試料に入射するベレークプリズム13と,ベレークプリズム13から出射された光が対物レンズ14に入射される位置が調節可能であるように,対物レンズ14とベレークプリズム13とを保持する保持機構とを備えている。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明によるカー効果顕微鏡は,光源1と,対物レンズ14と,光源1からの光を対物レンズ14を介して試料に入射するベレークプリズム13と,ベレークプリズム13から出射された光が対物レンズ14に入射される位置が調節可能であるように,対物レンズ14とベレークプリズム13とを保持する保持機構とを備えている。
【選択図】 図1
Description
本発明は,カー効果顕微鏡に関する。
カー効果顕微鏡は,磁性材料が直線偏光の光を反射するときに,反射光の偏光面が磁性材料の磁化の大きさに応じて回転することを利用して磁性材料の磁区構造を観察し,又は,磁性材料の磁気的な特性を得る装置である(非特許文献1参照)。カー効果顕微鏡は,典型的には,光源と,偏光子と,試料に対向する対物レンズと,検光子と,検出系から構成される。試料の磁区構造を観察するためには,検出系としてはCCDカメラのような撮像装置が使用される。一方,試料の局所的な磁気特性,例えば磁化を定量的に測定するためには,検出系としては,フォトダイオードのような光電変換素子が使用される。
カー効果顕微鏡の動作原理は,概略的には,以下のとおりである。光源によって発生された光は,偏光子及び対物レンズを介して試料に入射される;試料に入射される入射光は,直線偏光を有している。試料は,入射光を反射して反射光を生成する。反射光の偏光面は,カー効果によって入射光の偏光面から回転される。偏光面の回転角度は,試料の磁化の大きさに依存している。試料によって反射された反射光は,対物レンズを介して検光子に入射され,検光子を通過した光は,検出系に入射される。検光子を通過する光の強度分布は,試料の磁化の大きさの分布に対応しているから,検光子を通過した光から磁区構造の像を取得し,また,試料の磁化の大きさの分布を得ることができる。
このようなカー効果顕微鏡では,検出系によって検出される光の消光比が高いことが重要である。消光比が低いことは,磁区構造の像の鮮明さを低下させ,又は,検光子を通過した光のSN比を低下させる。
消光比を低下させる原因の一つは,対物レンズの偏光ムラである。対物レンズには,本質的に,それに印加される応力に起因した偏光ムラが存在し,これにより消光比が低くなる領域と高くなる領域とが存在する。非特許文献1には,対物レンズが消光比が高くなる十字形の領域を有していることが開示されている;入射光及び反射光がその十字型の領域以外の領域を通過すると,消光比が低くなる。加えて,対物レンズには,製造工程によって不可避的に導入される偏光ムラが存在し,これによって消光比が低下する。
このような背景から,対物レンズの偏光ムラに起因する消光比の低下を回避するための技術の提供が求められている。
"Magnetic Domains---The Analysis of Magnetic Microstructures", Alex Hubert Rudolf Schafer, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1998
"Magnetic Domains---The Analysis of Magnetic Microstructures", Alex Hubert Rudolf Schafer, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1998
本発明の目的は,対物レンズの偏光ムラに起因する消光比の低下が抑制されたカー効果顕微鏡を提供することにある。
上記の目的を達成するために,本発明は,以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には,[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]の記載との対応関係を明らかにするために,[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号・符号が付加されている。但し,付加された番号・符号は,[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明によるカー効果顕微鏡は,光源(1)と,対物レンズ(14)と,光源(1)からの光を対物レンズ(14)を介して試料に入射するベレークプリズム(13)と,ベレークプリズム(13)から出射された光が対物レンズ(14)に入射される位置が調節可能であるように,対物レンズ(14)とベレークプリズム(13)とを保持する保持機構(32,33)とを備えている。かかるカー効果顕微鏡は,対物レンズ(14)のうち消光比を高くする領域を選択的に使用することを可能にし,これによって消光比を有効に向上させることができる。
具体的には,保持機構(32,33)は,対物レンズ(14)を,その光軸(14a)の回りに回転自在に保持することが好ましい。これにより,ベレークプリズム(13)から出射された光が対物レンズ(14)に入射される位置を対物レンズ(14)の周方向に調節することが可能である。更に具体的には,保持機構(32,33)は,対物レンズ(14)を収容する対物レンズ筒(34)と,対物レンズ筒(34)に脱着自在に螺合されるアダプタ(53)とを含み,アダプタ(53)は,対物レンズ筒(34)を対物レンズ(14)の光軸(14a)の回りに回転自在に保持することが好ましい。
また,保持機構(32,33)は,対物レンズ(14)を,光軸(14a)に垂直な第1方向に移動自在に保持することが好ましく,対物レンズ(14)を前記第1方向と光軸(14a)との両方に垂直な第2方向にも移動自在に保持することが一層に好ましい。
また,保持機構(32,33)は,ベレークプリズム(13)を対物レンズ(14)の光軸(14a)に垂直な方向に移動自在に保持することが好ましい。
このような技術は,試料の面内における磁区構造と垂直方向の磁区構造の両方の観察が可能であるように構成されたカー効果顕微鏡にも適用され得る。このようなカー効果顕微鏡は,具体的には,光源(1)と,光源(1)からの光ビームから第1直線偏光(22)を生成する偏光子(10)と,第1直線偏光(22)から第2直線偏光を生成する第1光学系(72)と,第2直線偏光と90°だけ偏光面の角度が異なる第3直線偏光を第1直線偏光(22)から生成するための第2光学系(73)と,偏光子(10)から出射される第1直線偏光(22)を,第1光学系(72)と第2光学系(73)の一方の光学系に選択的に入射する切り替え手段(71)と,第2直線偏光と第3直線偏光とのうち,前記一方の光学系から出射される直線偏光が入射され,且つ,入射光(23)を試料に入射する対物レンズ(14)と,前記一方の光学系から出射される前記直線偏光が対物レンズ(14)に入射される位置が調節可能であるように,対物レンズを保持する保持機構(32)と,前記試料からの反射光(24)が入射される検光子(15)と,検光子(15)から出射される光が入射される検出器(17)とを具備する。第1光学系(72)が第2直線偏光を対物レンズ(14)に出射するためのベレークプリズム(13)を含む場合には,ベレークプリズム(13)は,ベレークプリズム(13)から出射された前記第2直線偏光が対物レンズ(14)に入射される位置が調節可能であるように,移動可能に保持されていることが好ましい。
当該カー効果顕微鏡は,対物レンズ(14)の温度を均一化するための温度調節装置を備えることが好ましい。対物レンズ(14)の温度の均一化は,対物レンズ(14)の温度の不均一性に起因する偏光ムラの発生を抑制し,消光比を有効に向上させる。具体的には,当該カー効果顕微鏡が対物レンズ(14)を収容する対物レンズ筒(34)を備える場合には,ヒーター(62)が,対物レンズ筒(34)を対物レンズ(14)の光軸(14a)の回りに包囲するように設けられることが好ましい。
また,当該カー効果顕微鏡が,更に,ケーラー照明法によって光源(1)からの光をベレークプリズム(13)に入射する入射光学系(2)を備える場合には,入射光学系(2)の開口絞り(7)の開口の直径は,0.5mm以下であることが好ましい。開口絞り(7)の開口の直径が小さいことは,対物レンズ(14)のうちの偏光ムラが均一とみなせる領域を選択的に使用することを可能にし,消光比の向上に有効である。
本発明によれば,対物レンズの偏光ムラに起因する消光比の低下が抑制されたカー効果顕微鏡を提供することができる。
以下,添付図面を参照しながら,本発明によるカー効果顕微鏡の実施の一形態が説明される。
第1 カー効果顕微鏡の光学系
図1は,本発明の実施の一形態のカー効果顕微鏡の光学系の構成を示す図である。本実施の形態のカー効果顕微鏡は,面内の磁区構造の観察に使用されるような構成を有している。具体的には,本実施の形態のカー効果顕微鏡は,磁区構造の観察に使用される光を生成する光源1と,入射光学系2と,落射光学系3と,検出光学系4とを備えている。光源1としては,典型的には,水銀高圧ランプが使用される。入射光学系2は,光源1が生成する光21から直線偏光22を生成するための光学系であり,コンデンサレンズ6と,開口絞り7と,視野絞り8と,リレーレンズ9と,偏光子10とから構成されている。落射光学系3は,入射光学系2によって生成された直線偏光22を,試料Wに入射するための光学系である。試料Wに入射される直線偏光は,以下では,入射光23と記載される。落射光学系3は,ミラー11,12と,ベレークプリズム13と,対物レンズ14から構成されている。図を簡略化するために,対物レンズ14は1枚のみが図示されているが,通常,対物レンズ14は,複数のレンズで構成される。検出光学系4は,入射光23が試料Wによって反射されることによって生成される反射光24から磁区構造の観察像を得るための光学系である。検出光学系4は,検光子15と,結像レンズ16と,CCDカメラ17とから構成されている。当該カー効果顕微鏡が試料Wの磁気特性の定量的な測定に使用される場合には,CCDカメラ17の代わりに,光電変換素子,例えば,フォトダイオードが使用され得る。
図1は,本発明の実施の一形態のカー効果顕微鏡の光学系の構成を示す図である。本実施の形態のカー効果顕微鏡は,面内の磁区構造の観察に使用されるような構成を有している。具体的には,本実施の形態のカー効果顕微鏡は,磁区構造の観察に使用される光を生成する光源1と,入射光学系2と,落射光学系3と,検出光学系4とを備えている。光源1としては,典型的には,水銀高圧ランプが使用される。入射光学系2は,光源1が生成する光21から直線偏光22を生成するための光学系であり,コンデンサレンズ6と,開口絞り7と,視野絞り8と,リレーレンズ9と,偏光子10とから構成されている。落射光学系3は,入射光学系2によって生成された直線偏光22を,試料Wに入射するための光学系である。試料Wに入射される直線偏光は,以下では,入射光23と記載される。落射光学系3は,ミラー11,12と,ベレークプリズム13と,対物レンズ14から構成されている。図を簡略化するために,対物レンズ14は1枚のみが図示されているが,通常,対物レンズ14は,複数のレンズで構成される。検出光学系4は,入射光23が試料Wによって反射されることによって生成される反射光24から磁区構造の観察像を得るための光学系である。検出光学系4は,検光子15と,結像レンズ16と,CCDカメラ17とから構成されている。当該カー効果顕微鏡が試料Wの磁気特性の定量的な測定に使用される場合には,CCDカメラ17の代わりに,光電変換素子,例えば,フォトダイオードが使用され得る。
図1のカー効果顕微鏡は,下記の原理によって面内の磁区構造の観察像を得る。
光源1によって生成された光21は,入射光学系2によって直線偏光22に変換される。より具体的には,光源1によって生成された光21は,コンデンサレンズ6によって開口絞り7に集光される。開口絞り7に集光された光21は,視野絞り8及びリレーレンズ9を介して偏光子10に入射され,これにより,偏光子10から直線偏光22が出射される。入射光学系2には,ケーラー照明法が採用されており,具体的には,リレーレンズ9の焦点距離は,対物レンズ14の後方焦点面(即ち,試料Wと反対側の焦点面)に光源1の実像が結ばれるように選択される。ケーラー照明法の採用は,開口絞り7の大きさによって高次光の量を調整して視野の明るさを制御することを可能にする。
光源1によって生成された光21は,入射光学系2によって直線偏光22に変換される。より具体的には,光源1によって生成された光21は,コンデンサレンズ6によって開口絞り7に集光される。開口絞り7に集光された光21は,視野絞り8及びリレーレンズ9を介して偏光子10に入射され,これにより,偏光子10から直線偏光22が出射される。入射光学系2には,ケーラー照明法が採用されており,具体的には,リレーレンズ9の焦点距離は,対物レンズ14の後方焦点面(即ち,試料Wと反対側の焦点面)に光源1の実像が結ばれるように選択される。ケーラー照明法の採用は,開口絞り7の大きさによって高次光の量を調整して視野の明るさを制御することを可能にする。
入射光学系2によって生成された直線偏光22の光路の方向は,落射光学系3のミラー11,12と,ベレークプリズム13によって試料Wに向く方向に変換され,対物レンズ14に入射される。3回の全反射によって光路の方向を90°変換できるベレークプリズム13の採用は,入射光23の偏光の楕円化を抑制するために有効である。
ベレークプリズム13から出射された直線偏光22は,対物レンズ14の周辺部に入射され,これにより,対物レンズ14から出射される入射光23は,試料Wの表面に対して斜めにされる。入射光23の入射角(即ち,入射光23の光軸と試料Wの表面の法線とがなす角)が大きいことは,縦カー効果を強め,SN比の増大に有効である。
入射光23が試料Wによって反射されることによって反射光24が生成される。反射光24の偏光面は,縦カー効果により回転され,入射光23の偏光面と異なる方向を向いている。偏光面の回転角度は,試料Wの磁化の大きさに比例する。従って,面内の磁区構造の存在は,偏光面の回転角度に分布を発生させる。
反射光24は,対物レンズ14を介して検出光学系4の検光子15に入射される。検光子15の偏光面は,入射光23の偏光面に対応する面と垂直な偏光面の偏光を通過させるように定められており,従って,検光子15を出射する光は,検光子15に入射された偏光の回転角度の分布に対応した強度分布を有している。検光子15を出射した光は,結像レンズ16を介してCCDカメラ17に入射される。CCDカメラ17によって撮影される観察像は,検光子15に入射された偏光の回転角度の分布,即ち,試料Wの磁化の大きさの分布を表す像である。言い換えれば,CCDカメラ17によって撮影される観察像は,試料Wの面内の磁区構造の観察像となる。なお、反射光24の偏光は、試料W上のそれぞれの磁区のもつ磁化の方向によって、入射光23の偏光に対し時計回り及び反時計回りの両方向に回転し得る為、これらを識別する場合には、検光子15の角度を、入射光23の偏光面に垂直な偏光を通過させる角度から磁化による偏光回転角の最大値よりも大きい角度に設定する。
既述のとおり,消光比の改善はより鮮明な観察像を得るために重要である。本実施の形態のカー効果顕微鏡では,下記の3つの手段:
(1)ベレークプリズム13,及び対物レンズ14の保持機構の改良
(2)対物レンズ14の温度の均一化
(3)開口絞り7の径の縮小
によって消光比を向上する。以下では,それぞれについての説明が行われる。
(1)ベレークプリズム13,及び対物レンズ14の保持機構の改良
(2)対物レンズ14の温度の均一化
(3)開口絞り7の径の縮小
によって消光比を向上する。以下では,それぞれについての説明が行われる。
第2 ベレークプリズムと対物レンズの保持機構
既述のように,対物レンズ14は,本質的に偏光ムラを有している。この偏光ムラによる消光比の低下を抑制するために,本実施の形態のカー効果顕微鏡では,図2に示されているように,ベレークプリズム13から出射された光が対物レンズ14に入射する位置が調節可能であるように,ベレークプリズム13と対物レンズ14とが保持されている。
既述のように,対物レンズ14は,本質的に偏光ムラを有している。この偏光ムラによる消光比の低下を抑制するために,本実施の形態のカー効果顕微鏡では,図2に示されているように,ベレークプリズム13から出射された光が対物レンズ14に入射する位置が調節可能であるように,ベレークプリズム13と対物レンズ14とが保持されている。
より具体的には,本実施の形態では,ベレークプリズム13がx軸方向に移動可能に保持され,対物レンズ14は,x軸方向及びy軸方向に移動可能に保持されるとともに,その光軸14aの周りに回転可能であるように保持されている;x軸方向は,対物レンズ14の光軸14aに垂直な方向として定義されており,y軸方向は,x軸及び光軸14aの両方に垂直な方向として定義されていることに留意されたい。このような構成は,対物レンズ14のうちの消光比が高くなる領域を選択的に使用することを可能にし,消光比の向上に有効である;ユーザは,ベレークプリズム13のx軸方向の位置を調整し,及び対物レンズ14のx軸方向,及びy軸方向の位置を調整し,更に,対物レンズ14を回転させることによって,ベレークプリズム13から出射された光を対物レンズ14の消光比が高くなる領域に入射することが可能である。消光比が高くなる領域とは,対物レンズ14が理想的に作製されている場合には,図6に示されているように,対物レンズ14の十字型の領域である;図6では,消光比が高くなる領域は,ハッチングによって示されている。対物レンズ14が理想的に作製されていない場合には,この十字型の領域以外の領域に,ベレークプリズム13から出射された光が入射され得る。
図2は,ベレークプリズム13,及び対物レンズ14を保持する機構を示す側面図である。ベレークプリズム13,及び対物レンズ14を保持する機構は,概略的には,カー効果顕微鏡の本体(図示されない)に固定されるベース31と,ベレークプリズム13を保持するベレークプリズム保持機構32と,対物レンズ14を収容する対物レンズ筒34を保持する対物レンズ保持機構33とから構成される。
図3は,ベレークプリズム保持機構32の構成を示す側面図であり,図4は,同上面図である。図3に示されているように,ベレークプリズム保持機構32は,マイクロメータヘッド41と,レバー42と,スライドブロック43と,LMガイド44と,スプリング45と,ベレークプリズム13を保持するベレークホルダ46とを備えている。マイクロメータヘッド41は,その先端のz軸方向の変位が調節可能であり,その先端はレバー42の第1アーム42aに当接されている。レバー42は,xz平面内で回転可能に保持されており,その第1アーム42aは,z軸方向に揺動可能であり,その第2アーム42bは,x軸方向に揺動可能である;マイクロメータヘッド41のz軸方向の変位の変動は,第2アーム42bのx軸方向における変位の変動に変換される。第2アーム42bは,スライドブロック43に当接されている。スライドブロック43は,ベース31に,LMガイド44によってx軸方向に移動可能に保持されている。スライドブロック43は,更に,スプリング45によってレバー42に向かう方向(+x方向)に付勢されている。図4に示されているように,スプリング45の数は2本である。スライドブロック43には,ベレークプリズム13を保持するベレークホルダ46が3本のネジによってネジ止めされている。ベレークプリズム13の入射面(ミラー12から直線偏光22が入射される面)の方向は,ネジが通されるネジ穴のガタを利用して微調整可能である。
図3を参照して,このようなベレークプリズム保持機構32は,簡単な構造によってベレークプリズム13のx軸方向の位置を,マイクロメータヘッド41を操作することによって簡便に自在に調節可能にする。これは,ベレークプリズム13から出射された光が対物レンズ14に入射される位置をx軸方向に自在に調節可能にし,消光比が高くなる領域を利用することを容易にする。加えて,ベレークプリズム13のx軸方向の位置が調節自在であることは,ベレークプリズム13から出射された光が対物レンズ14に入射される位置を対物レンズ14をより外側にすることを容易にする。これは,入射光23が試料Wに入射される入射角を大きくしてSN比を向上するために好ましい。
図5は,対物レンズ筒34を保持する対物レンズ保持機構33の構成を示す側面図である。対物レンズ保持機構33は,ベース31にネジ止めされる固定部51と,y軸ステージ52と,y軸ステージ52によってx軸方向に移動可能に保持されているレンズアダプタ53とを備えている。固定部51には,y軸方向に延設されたあり溝51aが形成されており,y軸ステージ52は,あり溝51aに沿ってy軸方向に移動可能であるように,固定部51に保持されている。加えて,y軸ステージ52には,x軸方向に延設されたあり溝52aが形成されており,レンズアダプタ53は,あり溝52aに沿ってx軸方向に移動可能であるようにy軸ステージ52に保持されている。対物レンズ筒34には雄ねじ(図示されない)が設けられ,レンズアダプタ53には雌ネジ(図示されない)が設けられ,対物レンズ14を収容する対物レンズ筒34は,レンズアダプタ53に脱着自在に螺合されている。レンズアダプタ53は,対物レンズ筒34を,対物レンズ14の光軸14aの回りに回転自在であるように保持している。
このような対物レンズ保持機構33は,簡単な構造によって対物レンズ14のx軸方向,及びy軸方向の位置を調節可能し,対物レンズ14を光軸14aの回りに回転させることを可能にする。かかる構造は,ベレークプリズム13から出射された光が対物レンズ14に入射される位置をx軸方向及びy軸方向,並びに,対物レンズ14の周方向に自在に調節可能にし,対物レンズ14の消光比が高くなる領域を利用することを容易にする。
このように,本実施の形態では,ベレークプリズム13から出射された光が対物レンズ14に入射する位置が調節可能であるように,ベレークプリズム13と対物レンズ14とが保持され,これにより,消光比の増大が図られている。
第3 対物レンズ14の温度の均一化
対物レンズ14の偏光ムラは,対物レンズ14の温度の不均一性によっても発生し得る。この温度の不均一性に起因する対物レンズ14の偏光ムラを抑制するために,本実施の形態では,図2に示されているように,対物レンズ14の温度をなるべく均一にするための温度調整装置35が設けられている。
対物レンズ14の偏光ムラは,対物レンズ14の温度の不均一性によっても発生し得る。この温度の不均一性に起因する対物レンズ14の偏光ムラを抑制するために,本実施の形態では,図2に示されているように,対物レンズ14の温度をなるべく均一にするための温度調整装置35が設けられている。
温度調整装置35は,いずれも対物レンズ筒34の側面を包囲するように形成された金属ケース61と,ヒーター62と,断熱材63と,外装64とを備えている。ヒーター62には,それに電力を供給するヒーターリード線65が,断熱材63及び外装64を貫通するように接続されている。更に,温度センサー66が,金属ケース61に埋め込まれており,その温度センサー66は,温度センサーリード線67によって温度調節器(図示されない)に接続されている。温度センサー66としては,典型的には,熱電対が使用される。該温度調節器は,温度センサー66からの信号に応答してヒーター62に供給される電力を制御し,対物レンズ14を所望の温度に制御する。ヒーター62が対物レンズ14の光軸14aを取り囲む対物レンズ筒34を包囲する構造は,対物レンズ14の温度ムラを抑制するために有効である。
このような温度調整装置35は,対物レンズ14の温度の不均一性に起因する偏光ムラを抑制し,もって消光比を増大するために有効である。
第4 開口絞りの径の縮小
消光比を増大するためには,開口絞り7の開口の径を小さくすることも有効である。図6に示されているように,開口絞り7の開口の径を小さくすることは,対物レンズ14に入射される直線偏光22のスポット22aの径を小さくし,対物レンズ14のうち,実質的に偏光ムラがないとみなせる領域のみを選択的に使用することを可能にする。例えば,図6に示されているように,開口絞り7の開口の径が大きいために,対物レンズ14の表面における直線偏光22のスポット22aの径が既述の十字型の領域からはみ出すと,偏光ムラにより消光比が低下する。一方,開口絞り7の開口の径が充分に小さくされ,スポット22aの径がスポット22aが既述の十字型の領域の内部にある程度に小さくなると,対物レンズ14のうち消光比が高くなる領域のみを選択的に使用することが可能になる。
消光比を増大するためには,開口絞り7の開口の径を小さくすることも有効である。図6に示されているように,開口絞り7の開口の径を小さくすることは,対物レンズ14に入射される直線偏光22のスポット22aの径を小さくし,対物レンズ14のうち,実質的に偏光ムラがないとみなせる領域のみを選択的に使用することを可能にする。例えば,図6に示されているように,開口絞り7の開口の径が大きいために,対物レンズ14の表面における直線偏光22のスポット22aの径が既述の十字型の領域からはみ出すと,偏光ムラにより消光比が低下する。一方,開口絞り7の開口の径が充分に小さくされ,スポット22aの径がスポット22aが既述の十字型の領域の内部にある程度に小さくなると,対物レンズ14のうち消光比が高くなる領域のみを選択的に使用することが可能になる。
より具体的には,入射光学系2にケーラー照明法が採用される場合には,開口絞り7の開口の直径は,0.5mm以下であることが好適である。ケーラー照明法が採用される照明系において開口絞り7の開口の直径を0.5mm以下にすることは,一般的な顕微鏡では,視野を暗くするため不所望である。しかしながら,カー効果顕微鏡では,対物レンズ14の表面上のスポット22aの内部における偏光ムラを小さくし,消光比を向上させるために有効である。ただし,開口絞り7の開口の径が過剰に小さいことは,カー効果顕微鏡の解像度を低下させる。発明者らの検討によれば,充分な解像度を得ながら,消光比を向上させるためには,開口絞り7の開口の直径を0.3mm以上,0.5mm以下にすることが好適である。
第5 好適な光学系の構成
本実施の形態において,カー効果顕微鏡の光学系の構成は,図1のものに限定されない。例えば,図1のカー効果顕微鏡の光学系は,面内における試料Wの磁区構造の観察に使用されるものであるが,光学系の構成が試料Wの垂直方向(厚さ方向)の磁区構造の観察が可能であるように変更されることも可能である。
本実施の形態において,カー効果顕微鏡の光学系の構成は,図1のものに限定されない。例えば,図1のカー効果顕微鏡の光学系は,面内における試料Wの磁区構造の観察に使用されるものであるが,光学系の構成が試料Wの垂直方向(厚さ方向)の磁区構造の観察が可能であるように変更されることも可能である。
また,一のカー効果顕微鏡によって,面内における磁区構造と垂直方向の磁区構造との両方を観察可能にするためには,図7に示されているように,落射光学系3の代わりに,
切り替えミラー71と面内観察用落射光学系72と垂直方向観察用落射光学系73とが設けられることが可能である。
切り替えミラー71と面内観察用落射光学系72と垂直方向観察用落射光学系73とが設けられることが可能である。
切り替えミラー71は,偏光子10から出射される直線偏光22を面内観察用落射光学系72と垂直方向観察用落射光学系73とのうちの一方に選択的に入射するための機構である。切り替えミラー71は,偏光子10から出射される直線偏光22の光路の上の所定の位置と,当該光路から外れた位置との間で移動可能に設けられている。切り替えミラー72が直線偏光22の光路から外れた位置に移動されると,直線偏光22は面内観察用落射光学系72に入射される。一方,切り替えミラー71が直線偏光22の光路の上の位置に移動されると,直線偏光22は,切り替えミラー71によって反射されて垂直方向観察用落射光学系73に入射される。
面内観察用落射光学系72は,面内における磁区構造の観察に使用される落射光学系であり,図1の落射光学系3と同様に,ミラー11,12,及びベレークプリズム13で構成されている。図7のカー効果顕微鏡では,ベレークプリズム13は,(対物レンズ14を収容する)対物レンズ筒34の近傍の位置と,対物レンズ筒34から離れた位置との間で移動可能に設けられる。より具体的には,図2のベレークプリズム保持機構32が対物レンズ筒34と別体に移動可能に設けられる。ベレークプリズム保持機構32が移動されることにより,ベレークプリズム13も移動される。図7のカー効果顕微鏡でも,ベレークプリズム13の位置は,ベレークプリズム保持機構32によって調節可能であることに留意されたい。ベレークプリズム13の位置が調節可能であることは,上述のように,消光比を向上するために重要である。ベレークプリズム13が対物レンズ筒34の近傍の位置に設けられた状態で偏光子10から面内観察用落射光学系72に直線偏光22が入射されると,入射された直線偏光22は,ミラー11,12,及びベレークプリズム13を介して対物レンズ14に入射される。
垂直方向観察用落射光学系73は,垂直方向の磁区構造の観察に使用される落射光学系である。垂直方向観察用落射光学系73は,1/2波長板74と,偏光子75と,ミラー76と,ハーフミラー77と,ミラー78とで構成されている。偏光子10から入射された直線偏光22が切り替えミラー71によって反射されて垂直方向観察用落射光学系73に入射されると,入射された直線偏光22は,1/2波長板74と,偏光子75と,ミラー76と,ハーフミラー77と,ミラー78とを介して(対物レンズ筒34の内部に設けられている)対物レンズ14に入射される。1/2波長板74は,入射された直線偏光22の偏光面を理想的には90°だけ回転させる。偏光子75は,1/2波長板74の製作誤差,設置誤差による偏光特性の劣化を防止する役割を有している。偏光子75は,1/2波長板74から直線偏光が入射されると,垂直方向観察用落射光学系73に入射される直線偏光22の偏光面と90°の角度をなす偏光面を有する直線偏光を出射する。垂直方向観察用落射光学系73には1/2波長板74及び偏光子75が設けられているから,垂直方向観察用落射光学系73を介して対物レンズ14に入射される直線偏光の偏光面は,面内観察用落射光学系72を介して対物レンズ14に入射される直線偏光の偏光面と90°の角度をなす。
図7のカー効果顕微鏡でも,対物レンズ14は,x軸方向及びy軸方向に移動可能に保持されるとともに,その光軸14aの周りに回転可能であるように保持されていることに留意されたい。対物レンズ14がこのように保持されていることは,面内の磁区構造の及び垂直方向の磁区構造の観察上述のように,消光比を向上するために重要である。
上記のようにカー効果顕微鏡が構成されることにより,試料Wの面内における磁区構造と垂直方向の磁区構造の両方が観察可能である。面内の磁区構造の観察が行われる場合には,図8に示されているように,切り替えミラー71は,偏光子10から出射される直線偏光22の光路から外れた位置に移動され,更に,ベレークプリズム13が対物レンズ筒34の近傍の位置に移動される。これにより,直線偏光22は,ミラー11,12,及びベレークプリズム13を介して対物レンズ14に入射され,入射光23が対物レンズ14から試料Wに入射される。試料Wから反射された反射光24は,ハーフミラー77を介して検出光学系4に入射される。試料Wから反射された反射光24は,縦カー効果によってその偏光面が回転されており,検出光学系4は,それに入射された反射光24から面内の磁区構造の像を得る。
一方,垂直方向の磁区構造の観察が行われる場合には,図9に示されているように,切り替えミラー71が,偏光子10から出射される直線偏光22の光路上の位置に移動され,更に,ベレークプリズム13が対物レンズ筒34から離れた位置に移動される。これにより,直線偏光22は,1/2波長板74,偏光子75,ミラー76,ミラー78,及びハーフミラー77を介して対物レンズ14に入射され,入射光23が対物レンズ14から試料Wに入射される。試料Wから反射された反射光24は,ハーフミラー77を介して検出光学系4に入射される。試料Wから反射された反射光24は,極カー効果によってその偏光面が回転されており,検出光学系4は,それに入射された反射光24から垂直方向の磁区構造の像を得る。
このように,図7のカー効果顕微鏡は,面内観察用落射光学系72と垂直方向観察用落射光学系73とを選択的に使用することによって面内における磁区構造と垂直方向の磁区構造との両方を観察可能である。
1:光源
2:入射光学系
3:落射光学系
4:検出光学系
6:コンデンサレンズ
7:開口絞り
8:視野絞り
9:リレーレンズ
10:偏光子
11:ミラー
12:ミラー
13:ベレークプリズム
14:対物レンズ
15:検光子
16:結像レンズ
17:CCDカメラ
21:光
22:直線偏光
23:入射光
24:反射光
31:ベース
32:ベレークプリズム保持機構
33:対物レンズ保持機構
34:対物レンズ筒
35:温度調整装置
41:ポテンショメータ
42:レバー
43:スライドブロック
44:LMガイド
45:スプリング
46:ベレークホルダ
51:固定部
52:y軸ステージ
53:レンズアダプタ
61:金属ケース
62:ヒーター
63:断熱材
64:外装
65:ヒーターリード線
66:温度センサー
67:温度センサーリード線
71:切り替えミラー
72:面内観察用落射光学系
73:垂直方向観察用落射光学系
74:1/2波長板
75:偏光子
76:ミラー
77:ハーフミラー
78:ミラー
2:入射光学系
3:落射光学系
4:検出光学系
6:コンデンサレンズ
7:開口絞り
8:視野絞り
9:リレーレンズ
10:偏光子
11:ミラー
12:ミラー
13:ベレークプリズム
14:対物レンズ
15:検光子
16:結像レンズ
17:CCDカメラ
21:光
22:直線偏光
23:入射光
24:反射光
31:ベース
32:ベレークプリズム保持機構
33:対物レンズ保持機構
34:対物レンズ筒
35:温度調整装置
41:ポテンショメータ
42:レバー
43:スライドブロック
44:LMガイド
45:スプリング
46:ベレークホルダ
51:固定部
52:y軸ステージ
53:レンズアダプタ
61:金属ケース
62:ヒーター
63:断熱材
64:外装
65:ヒーターリード線
66:温度センサー
67:温度センサーリード線
71:切り替えミラー
72:面内観察用落射光学系
73:垂直方向観察用落射光学系
74:1/2波長板
75:偏光子
76:ミラー
77:ハーフミラー
78:ミラー
Claims (19)
- 光源と,
対物レンズと,
前記光源からの光を前記対物レンズを介して試料に入射するベレークプリズムと,
前記ベレークプリズムから出射された光が前記対物レンズに入射される位置が調節可能であるように,前記対物レンズと前記ベレークプリズムとを保持する保持機構
とを備える
カー効果顕微鏡。 - 請求項1に記載のカー効果顕微鏡であって,
前記保持機構は,前記対物レンズを,その光軸の回りに回転自在に保持する
カー効果顕微鏡。 - 請求項2に記載にカー効果顕微鏡であって,
前記保持機構は,
前記対物レンズを収容する対物レンズ筒と,
前記対物レンズ筒に脱着自在に螺合されるアダプタ
とを含み,
前記アダプタは,前記対物レンズ筒を前記光軸の回りに回転自在に保持する
カー効果顕微鏡。 - 請求項1に記載のカー効果顕微鏡であって,
前記保持機構は,前記対物レンズを,前記光軸に垂直な第1方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。 - 請求項1に記載のカー効果顕微鏡であって,
前記保持機構は,前記対物レンズを,前記第1方向に垂直な第2方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。 - 請求項1に記載のカー効果顕微鏡であって,
前記保持機構は,前記ベレークプリズムを前記対物レンズの光軸に垂直な方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。 - 請求項1に記載のカー効果顕微鏡であって,
更に,
前記対物レンズの温度を均一化するための温度調節装置
を備える
カー効果顕微鏡。 - 請求項1に記載のカー効果顕微鏡であって,
更に,
前記対物レンズを収容する対物レンズ筒と,
前記対物レンズ筒を前記対物レンズの光軸の回りに包囲するように設けられたヒーター
とを備える
カー効果顕微鏡。 - 請求項1に記載のカー効果顕微鏡であって,
更に,
ケーラー照明法によって前記光源からの前記光を前記ベレークプリズムに入射する入射光学系を備え,
前記入射光学系の開口絞りの開口の直径は,0.5mm以下である
カー効果顕微鏡。 - 光源と,
前記光源からの光ビームから第1直線偏光を生成する偏光子と,
前記第1直線偏光から第2直線偏光を生成する第1光学系と,
前記第2直線偏光と90°だけ偏光面の角度が異なる第3直線偏光を前記第1直線偏光から生成するための第2光学系と,
前記偏光子から出射される前記第1直線偏光を,前記第1光学系と前記第2光学系の一方の光学系に選択的に入射する切り替え手段と,
前記第2直線偏光と前記第3直線偏光とのうち,前記一方の光学系から出射される直線偏光が入射され,且つ,入射光を試料に入射する対物レンズと,
前記一方の光学系から出射される前記直線偏光が前記対物レンズに入射される位置が調節可能であるように,前記対物レンズを保持する保持機構と,
前記試料からの反射光が入射される検光子と,
前記検光子から出射される光が入射される検出器
とを具備する
カー効果顕微鏡。 - 請求項10に記載のカー効果顕微鏡であって,
前記第1光学系は,前記第2直線偏光を前記対物レンズに出射するためのベレークプリズムを含み,
前記ベレークプリズムは,前記ベレークプリズムから出射された前記第2直線偏光が前記対物レンズに入射される位置が調節可能であるように,移動可能に保持されている
カー効果顕微鏡。 - 光源と,
対物レンズと,
前記対物レンズを保持する対物レンズ保持機構と,
前記光源からの光ビームを前記対物レンズを介して試料に入射する光学系
とを備え,
前記対物レンズ保持機構は,対物レンズを,その光軸の回りに回転可能に保持する
カー効果顕微鏡。 - 光源と,
対物レンズと,
前記対物レンズを保持する対物レンズ保持機構と,
前記光源からの光ビームを前記対物レンズを介して試料に入射する光学系
とを備え,
前記対物レンズ保持機構は,前記対物レンズを,その光軸に垂直な第1方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。 - 請求項13に記載のカー効果顕微鏡であって,
前記対物レンズ保持機構は,前記対物レンズを,前記第1方向に垂直で,且つ,前記光軸に垂直な第2方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。 - 光源と,
対物レンズと,
前記光源からの光を前記対物レンズを介して試料に入射するベレークプリズムと,
前記ベレークプリズムを前記対物レンズの光軸に垂直な方向に移動自在に保持する保持機構
とを備える
カー効果顕微鏡。 - 光源と,
対物レンズと,
前記光源からの光ビームを前記対物レンズを介して試料に入射する光学系と,
前記対物レンズの温度を均一化する温度調節装置
とを備える
カー効果顕微鏡。 - 光源と,
対物レンズと,
前記光源からの光ビームを前記対物レンズを介して試料に入射する光学系と,
前記対物レンズを収容する対物レンズ筒と,
前記対物レンズ筒を前記対物レンズの光軸の回りに包囲するように設けられたヒーター
とを備える
カー効果顕微鏡。 - 光源と,
対物レンズと,
ケーラー照明法によって前記光源からの光を前記対物レンズを介して試料に入射する入射光学系
とを備え,
前記入射光学系の開口絞りの開口の直径は,0.5mm以下である
カー効果顕微鏡。 - 光源と,
前記光源からの光ビームから第1直線偏光を生成する偏光子と,
前記第1直線偏光から第2直線偏光を生成するための第1光学系と,
前記第2直線偏光と90°だけ偏光面の角度が異なる第3直線偏光を前記第1直線偏光から生成するための第2光学系と,
前記偏光子から出射される前記第1直線偏光を,前記第1光学系と前記第2光学系の一方の光学系に選択的に入射する切り替え手段と,
前記第2直線偏光と前記第3直線偏光とのうち,前記一方の光学系から出射される直線偏光が入射され,且つ,入射光を試料に入射する対物レンズと
前記試料からの反射光が入射される検光子と,
前記検光子から出射される光が入射される検出器
とを具備する
カー効果顕微鏡。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004269402 | 2004-09-16 | ||
JP2005078097A JP2006113527A (ja) | 2004-09-16 | 2005-03-17 | カー効果顕微鏡 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2005
- 2005-03-17 JP JP2005078097A patent/JP2006113527A/ja active Pending
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