JP2013205400A - Magnetic property measuring device, magnetic property measuring method, and magnetic field measuring method - Google Patents

Magnetic property measuring device, magnetic property measuring method, and magnetic field measuring method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for providing an image representing a state of magnetization while separating an in-plane magnetization component and a vertical magnetization component.SOLUTION: In a magnetic property measuring device that measures magnetization by using a Kerr effect, a first image is obtained by making incident light incident at a specific angle of incidence, and a second image is obtained by reversing a direction of incidence. A calculation device calculates a difference image between the first image and the second image, and an added image of the first image and the second image. The difference image is an image that represents an in-plane magnetization component at respective parts of a sample, and the added image is an image that represents a vertical magnetization component at respective parts of a sample.

Description

本発明は、磁気特性測定装置、磁気特性測定方法及び磁界測定方法に関し、特に、カー効果、ファラデー効果等の磁気光学効果を用いて物質の磁気特性又は空間の特定位置の磁界を測定するための技術に関する。   The present invention relates to a magnetic property measuring apparatus, a magnetic property measuring method, and a magnetic field measuring method, and in particular, for measuring a magnetic property of a substance or a magnetic field at a specific position in space using a magneto-optical effect such as a Kerr effect or a Faraday effect. Regarding technology.

物体の磁化状態の測定は、科学技術において興味ある問題の一つである。例えば、電磁鋼板や磁気ディスクヘッドに使用される磁性材料の磁区の構造を特定することにより、科学的、技術的に有用な知見を得ることができる。   Measuring the magnetization state of an object is one of the interesting problems in science and technology. For example, scientifically and technically useful knowledge can be obtained by specifying the structure of the magnetic domain of a magnetic material used for an electromagnetic steel plate or a magnetic disk head.

一つの物体の磁化状態を測定する方法の一つとして、直線偏光の入射光を磁性材料に入射し、磁性材料におけるカー効果による偏光面の回転から磁化状態を得る技術が知られている(例えば、特許文献1)。偏光面の回転角は、概ね、試料の磁化の大きさに比例するから、偏光面の回転角から磁化の大きさを算出することができる。また、偏光板を用いて各画素が偏光面の回転角に依存した輝度を有するような画像を得れば、当該画像は、試料の各位置における磁化の状態を表わす画像になる。   As one of the methods for measuring the magnetization state of one object, a technique is known in which linearly polarized incident light is incident on a magnetic material and the magnetization state is obtained from rotation of the plane of polarization due to the Kerr effect in the magnetic material (for example, Patent Document 1). Since the rotation angle of the polarization plane is generally proportional to the magnetization magnitude of the sample, the magnetization magnitude can be calculated from the rotation angle of the polarization plane. Further, if an image is obtained in which each pixel has luminance depending on the rotation angle of the polarization plane using the polarizing plate, the image becomes an image representing the state of magnetization at each position of the sample.

図1は、プローブ光を入射した場合の偏光面の回転について説明する図である。試料の面内磁化成分(試料の表面に平行な方向の磁化)は、プローブ光を斜めに入射し、反射光に発生する縦カー効果による偏光面の回転を検出することで測定することができる(図1左図)。一方、試料の垂直磁化成分(試料の表面に垂直な方向の磁化)は、プローブ光を垂直方向に入射し、反射光に発生する極カー効果による偏光面の回転を検出することで測定することができる(図1右図)。   FIG. 1 is a diagram illustrating rotation of a polarization plane when probe light is incident. The in-plane magnetization component (magnetization in the direction parallel to the sample surface) of the sample can be measured by detecting the rotation of the polarization plane due to the longitudinal Kerr effect generated in the reflected light when the probe light is incident obliquely. (Figure 1 left). On the other hand, the perpendicular magnetization component (magnetization in the direction perpendicular to the sample surface) of the sample is measured by detecting the rotation of the polarization plane due to the polar Kerr effect generated in the reflected light when the probe light is incident in the perpendicular direction. (Right figure in FIG. 1).

しかしながら、入射光を斜めに入射した場合、反射光における偏光面の回転には、面内方向の磁化による偏光面の回転のみならず、実際には、垂直方向の磁化が極カー効果を通じて偏光面を回転する寄与分が含まれる(図1中央図)。よって、入射光を斜めに入射して得られた面内方向の磁化の測定結果には、垂直方向の磁化による誤差が含まれる。   However, when the incident light is incident obliquely, the polarization plane of the reflected light is not only rotated by the polarization in the in-plane direction, but actually the vertical magnetization is polarized through the polar Kerr effect. Is included (the central view in FIG. 1). Therefore, the measurement result of the in-plane magnetization obtained by obliquely entering the incident light includes an error due to the perpendicular magnetization.

入射光を斜めに入射した場合における垂直磁化成分の混入の問題を回避するための技術は、例えば、非特許文献1に開示されている。この非特許文献1には、試料に入射光を垂直方向に入射すると共に、光学軸の方位が異なる偏光板を接合した分割半波長板を用いて面内磁化成分と垂直磁化成分を分離するサンプリング式カー効果走査レーザ顕微鏡が開示されている。   For example, Non-Patent Document 1 discloses a technique for avoiding the problem of mixing of perpendicular magnetization components when incident light is incident obliquely. In this non-patent document 1, sampling is performed in which incident light is incident on a sample in the vertical direction and a in-plane magnetization component and a perpendicular magnetization component are separated using a split half-wave plate in which polarizing plates having different optical axis orientations are joined. A Kerr-effect scanning laser microscope is disclosed.

しかしながら、このカー効果走査レーザ顕微鏡では、試料の1個所の面内磁化成分と垂直磁化成分を測定することしかできず、磁化の状態を表わす画像を得ることができない。詳細には、この技術では、反射光のビームを偏光ビームスプリッタで分離し、2つのディテクタで光強度を差動検出しているから、試料の各位置における面内磁化成分と垂直磁化成分を測定するためには試料を走査しなければならない。実際、非特許文献1に開示されているカー効果走査レーザ顕微鏡では、試料を走査するための圧電ステージが設けられている。   However, the Kerr effect scanning laser microscope can only measure the in-plane magnetization component and the perpendicular magnetization component at one location of the sample, and cannot obtain an image representing the magnetization state. Specifically, in this technique, the reflected light beam is separated by a polarizing beam splitter, and the light intensity is differentially detected by two detectors, so the in-plane magnetization component and the perpendicular magnetization component at each position of the sample are measured. To do this, the sample must be scanned. In fact, the Kerr effect scanning laser microscope disclosed in Non-Patent Document 1 is provided with a piezoelectric stage for scanning a sample.

面内磁化成分と垂直磁化成分とを分離しながら、(試料を走査せずに)磁化の状態を表わす画像を得ることができる技術が提供されることが望まれる。また、磁化以外の偏光面の回転に寄与する磁気的物理量(例えば、磁界)についても、磁気的物理量を表わす画像を得ることができる技術が提供されることが望まれる。   It is desirable to provide a technique that can obtain an image representing the state of magnetization (without scanning the sample) while separating the in-plane magnetization component and the perpendicular magnetization component. It is also desirable to provide a technique that can obtain an image representing a magnetic physical quantity with respect to a magnetic physical quantity (for example, a magnetic field) that contributes to rotation of a polarization plane other than magnetization.

特開2008−224907号公報JP 2008-224907 A

永井利明他、「広帯域カー顕微鏡による垂直・面内磁化成分測定法」、第26回日本応答磁気学会学術講演概要集(2002)、p.398Toshiaki Nagai et al., “Measurement of perpendicular and in-plane magnetization components using a broadband Kerr microscope”, 26th Annual Meeting of the Japan Society of Response Magnetics (2002), p. 398

したがって、本発明の目的は、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量(例えば、磁化及び磁界)について、面内成分と垂直成分とを分離しながら、該磁気的物理量を表わす画像を得るための技術を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to obtain an image representing a magnetic physical quantity while separating an in-plane component and a vertical component with respect to a magnetic physical quantity (for example, magnetization and magnetic field) that contributes to the rotation of the polarization plane. To provide technology.

詳細には、本発明の一の観点では、磁気特性測定装置が、直線偏光の入射光を試料に入射するための光入射機構と、前記入射光が試料に反射されることで得られる反射光が入射される検光子と、前記反射光が前記検光子を通過することで得られる信号光を撮像して画像を撮像する撮像装置と、演算装置とを具備する。前記光入射機構は、前記入射光を前記試料に入射する入射方向が可変であるように構成されている。前記光入射機構が直線偏光の第1入射光を、第1入射面の面内にあり且つ入射角が0°でないような第1入射方向で試料に入射したときに、前記撮像装置が前記試料によって前記第1入射光が反射されて得られる第1反射光が前記検光子を通過することで得られる第1信号光に基づいて、試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第1画像を取得する。前記光入射機構が直線偏光の第2入射光を前記第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第1反射光の反射角と同一になるような第2入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第2入射光が反射されて得られる第2反射光が前記検光子を通過することで得られる第2信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第2画像を取得する。前記演算装置は、前記第1画像及び前記第2画像を演算することにより、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量の、前記試料の面内方向である第1方向における成分の画像である第1成分画像と、前記磁気的物理量の、前記試料の垂直方向である第2方向における成分の画像である第2成分画像とを生成する。   Specifically, according to one aspect of the present invention, the magnetic property measuring apparatus includes a light incident mechanism for causing linearly polarized incident light to enter the sample, and reflected light obtained by reflecting the incident light to the sample. , An image pickup device for picking up an image by picking up signal light obtained by passing the reflected light through the analyzer, and a calculation device. The light incident mechanism is configured such that an incident direction in which the incident light is incident on the sample is variable. When the light incident mechanism enters the linearly polarized first incident light into the sample in a first incident direction that is in the plane of the first incident surface and the incident angle is not 0 °, the imaging apparatus The first reflected light obtained by reflecting the first incident light by means of the first signal light obtained by passing through the analyzer, the first corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample. Get an image. The sample is in a second incident direction such that the light incident mechanism has linearly polarized second incident light in the plane of the first incident surface and the incident angle is the same as the reflection angle of the first reflected light. The imaging device is configured to detect the second reflected light obtained by reflecting the second incident light by the sample and passing through the analyzer based on the second signal light. A second image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position is acquired. The arithmetic device is an image of a component in a first direction, which is an in-plane direction of the sample, of a magnetic physical quantity contributing to rotation of a polarization plane by calculating the first image and the second image. A one-component image and a second component image that is an image of a component of the magnetic physical quantity in a second direction that is a vertical direction of the sample are generated.

当該磁気特性測定装置において、前記光入射機構が直線偏光の第3入射光を、前記第1入射面と垂直な第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第3入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第3入射光が反射されて得られる第3反射光が前記検光子を通過することで得られる第3信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第3画像を取得し、前記光入射機構が直線偏光の第4入射光を、前記第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第3反射光の反射角と同一になるような第4入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第4入射光が反射されて得られる第4反射光が前記検光子を通過することで得られる第4信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第4画像を取得してもよい。この場合、前記演算装置は、前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記試料の面内方向であり、且つ、前記第1方向に垂直な第3方向における成分の画像である第3成分画像を生成する。また、演算装置は、前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記第2方向における成分の画像である第4成分画像を生成してもよい。   In the magnetic property measuring apparatus, the light incident mechanism may cause the linearly polarized third incident light to be in the plane of the second incident surface perpendicular to the first incident surface and the incident angle is not 0 °. Third signal light obtained when the imaging device receives third reflected light obtained by reflecting the third incident light by the sample when passing through the analyzer when the sample enters the sample in three incident directions. A third image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample is acquired, and the light incident mechanism has a linearly polarized fourth incident light in the plane of the second incident plane; In addition, when the incident light enters the sample in the fourth incident direction so that the incident angle is the same as the reflection angle of the third reflected light, the imaging device obtains the fourth incident light by the sample. The fourth signal obtained by passing the fourth reflected light passing through the analyzer On the basis of the light, it may acquire a fourth image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at respective positions of the sample. In this case, the computing device computes the third image and the fourth image, whereby the magnetic physical quantity is in the in-plane direction of the sample and is in a third direction perpendicular to the first direction. A third component image that is an image of the component at is generated. The computing device may generate a fourth component image that is an image of the component of the magnetic physical quantity in the second direction by computing the third image and the fourth image.

一実施形態では、上記の磁気的物理量は、試料の各位置における磁化である。試料としてファラデー効果を示す媒体が使用される場合、前記磁気的物理量を、前記媒体の各位置における磁界とすることもできる。   In one embodiment, the magnetic physical quantity is a magnetization at each position of the sample. When a medium exhibiting the Faraday effect is used as a sample, the magnetic physical quantity can be a magnetic field at each position of the medium.

本発明の他の観点では、磁気特性測定方法が、
直線偏光の第1入射光を、第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第1入射方向で試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第1入射光が反射されて得られる第1反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第1画像を取得するステップと、
直線偏光の第2入射光を、前記第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第1反射光の反射角と同一になるような第2入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第2入射光が反射されて得られる第2反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第2画像を取得するステップと、
前記第1画像及び前記第2画像を演算することにより、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量の、前記試料の面内方向である第1方向における成分の画像である第1成分画像と、前記磁気的物理量の、前記試料の垂直方向である第2方向における成分の画像である第2成分画像とを得るステップ
とを具備する。
In another aspect of the present invention, a magnetic property measurement method includes:
Linearly polarized first incident light is incident on the sample in a first incident direction such that the first incident light is in the plane of the first incident surface and the incident angle is not 0 °;
Acquiring a first image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the sample based on first reflected light obtained by reflecting the first incident light by the sample;
Entering linearly polarized second incident light into the sample in a second incident direction that is in the plane of the first incident surface and has the same incident angle as the reflection angle of the first reflected light When,
Obtaining a second image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample, based on the second reflected light obtained by reflecting the second incident light by the sample;
A first component image that is an image of a component in a first direction that is an in-plane direction of the sample of a magnetic physical quantity that contributes to rotation of a polarization plane by calculating the first image and the second image; Obtaining a second component image that is an image of a component of the magnetic physical quantity in a second direction that is a vertical direction of the sample.

当該磁気特性測定方法が、
更に、
直線偏光の第3入射光を、前記第1入射面と垂直な第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第3入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第3入射光が反射されて得られる第3反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第3画像を取得するステップと、
直線偏光の第4入射光を、前記第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第3反射光の反射角と同一になるような第4入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第4入射光が反射されて得られる第4反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第4画像を取得するステップと、
前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、磁気的物理量の、前記試料の面内方向であり、且つ、前記第1方向に垂直な第3方向における成分の画像である第3磁化画像を得るステップ
とを具備してもよい。
The magnetic property measurement method is
Furthermore,
Linearly polarized third incident light is incident on the sample in a third incident direction that is in the plane of the second incident surface perpendicular to the first incident surface and the incident angle is not 0 °;
Acquiring a third image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample, based on the third reflected light obtained by reflecting the third incident light by the sample;
Entering linearly polarized fourth incident light into the sample in a fourth incident direction that is in the plane of the second incident surface and has the same incident angle as the reflection angle of the third reflected light When,
Obtaining a fourth image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the sample, based on fourth reflected light obtained by reflecting the fourth incident light by the sample;
By calculating the third image and the fourth image, a third magnetization that is an image of a component of the magnetic physical quantity in the third direction that is in the in-plane direction of the sample and is perpendicular to the first direction. Obtaining an image.

当該磁気特性測定方法の一実施形態では、上記の磁気的物理量は、試料の各位置における磁化である。試料としてファラデー効果を示す媒体が使用される場合、前記磁気的物理量を、前記媒体の各位置における磁界とすることもできる。   In one embodiment of the magnetic property measurement method, the magnetic physical quantity is a magnetization at each position of the sample. When a medium exhibiting the Faraday effect is used as a sample, the magnetic physical quantity can be a magnetic field at each position of the medium.

本発明の更に他の観点では、磁気特性測定方法が、
ファラデー効果を発現するファラデー媒体を、磁界を測定する場所に配置するステップと、
直線偏光の第1入射光を、第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第1入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第1入射光が反射されて得られる第1反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第1画像を取得するステップと、
直線偏光の第2入射光を、前記第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第1反射光の反射角と同一になるような第2入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第2入射光が反射されて得られる第2反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第2画像を取得するステップと、
前記第1画像及び前記第2画像を演算することにより、前記ファラデー媒体の面内方向である第1方向における磁界成分の画像である第1磁界成分画像と、前記ファラデー媒体の垂直方向である第2方向における磁界成分の画像である第2磁界成分画像とを得るステップ
とを具備する。
In still another aspect of the present invention, a magnetic property measurement method includes:
Placing a Faraday medium exhibiting a Faraday effect at a location where a magnetic field is measured;
Linearly polarized first incident light is incident on the Faraday medium in a first incident direction that is in the plane of the first incident surface and whose incident angle is not 0 °;
Acquiring a first image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the Faraday medium based on first reflected light obtained by reflecting the first incident light by the Faraday medium;
The linearly polarized second incident light is incident on the Faraday medium in a second incident direction that is in the plane of the first incident surface and has the same incident angle as the reflection angle of the first reflected light. Steps,
Acquiring a second image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the Faraday medium based on second reflected light obtained by reflecting the second incident light by the Faraday medium;
By calculating the first image and the second image, a first magnetic field component image that is an image of a magnetic field component in a first direction that is an in-plane direction of the Faraday medium, and a first magnetic field component image that is perpendicular to the Faraday medium. Obtaining a second magnetic field component image that is an image of magnetic field components in two directions.

当該磁界測定方法が、
更に、
直線偏光の第3入射光を、前記第1入射面と垂直な第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第3入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第3入射光が反射されて得られる第3反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第3画像を取得するステップと、
直線偏光の第4入射光を、前記第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第3反射光の反射角と同一になるような第4入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第4入射光が反射されて得られる第4反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第4画像を取得するステップと、
前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、前記ファラデー媒体の面内方向であり、且つ、前記第1方向に垂直な第3方向における磁界成分の画像である第3磁界成分画像を得るステップ
とを具備してもよい。
The magnetic field measurement method is
Furthermore,
Linearly polarized third incident light is incident on the Faraday medium in a third incident direction that is in a plane of a second incident surface perpendicular to the first incident surface and whose incident angle is not 0 °; ,
Acquiring a third image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the Faraday medium based on third reflected light obtained by reflecting the third incident light by the Faraday medium;
The linearly polarized fourth incident light is incident on the Faraday medium in a fourth incident direction that is in the plane of the second incident surface and has the same incident angle as that of the third reflected light. Steps,
Obtaining a fourth image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the Faraday medium based on fourth reflected light obtained by reflecting the fourth incident light by the Faraday medium;
By calculating the third image and the fourth image, a third magnetic field component image that is an image of a magnetic field component in a third direction that is in-plane direction of the Faraday medium and perpendicular to the first direction is obtained. Obtaining a step.

本発明によれば、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量(例えば、磁化及び磁界)について、面内成分と垂直成分とを分離しながら、該磁気的物理量を表わす画像を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain an image representing a magnetic physical quantity while separating an in-plane component and a vertical component with respect to a magnetic physical quantity (for example, magnetization and magnetic field) contributing to the rotation of the polarization plane.

入射光を斜め方向に入射したときに起こる縦カー効果及び極カー効果を説明する図である。It is a figure explaining the vertical Kerr effect and polar Kerr effect which occur when incident light injects in the diagonal direction. 本発明の磁気特性測定方法の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the magnetic characteristic measuring method of this invention. 本発明の一実施形態における、面内磁化試料の磁区の観察手順を示す図である。It is a figure which shows the observation procedure of the magnetic domain of the in-plane magnetization sample in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における、垂直磁化試料の磁区の観察手順を示す図である。It is a figure which shows the observation procedure of the magnetic domain of a perpendicular magnetization sample in one Embodiment of this invention. 本実施形態の磁気特性測定方法で得られたNiFe軟磁性パターン膜の観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result of the NiFe soft-magnetic pattern film obtained with the magnetic characteristic measuring method of this embodiment. 本実施形態の磁気特性測定方法で得られたGdFeCoパターン膜の観察結果を示す図である。It is a figure which shows the observation result of the GdFeCo pattern film obtained with the magnetic characteristic measuring method of this embodiment. 本発明の一実施形態における、4方向から入射光を入射して3次元の磁化成分を検出する手法を説明する図である。It is a figure explaining the method which injects incident light from four directions and detects a three-dimensional magnetization component in one Embodiment of this invention. 本実施形態の磁気特性測定方法で得られた方向性電磁鋼板のX方向成分画像を示す図である。It is a figure which shows the X direction component image of the grain-oriented electrical steel plate obtained with the magnetic characteristic measuring method of this embodiment. 本実施形態の磁気特性測定方法で得られた方向性電磁鋼板のY方向成分画像を示す図である。It is a figure which shows the Y direction component image of the grain-oriented electrical steel plate obtained with the magnetic characteristic measuring method of this embodiment. 本実施形態の磁気特性測定方法で得られた方向性電磁鋼板のZ方向成分画像を示す図である。It is a figure which shows the Z direction component image of the grain-oriented electrical steel plate obtained with the magnetic characteristic measuring method of this embodiment. 本発明の一実施形態の磁気特性測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the magnetic characteristic measuring apparatus of one Embodiment of this invention. 図7の磁気特性測定装置における入射光の入射方向の切り換えを示す図である。It is a figure which shows switching of the incident direction of the incident light in the magnetic characteristic measuring apparatus of FIG. 入射光を斜め方向に入射したときの縦カー効果及び極カー効果による偏光面の回転を示す図である。It is a figure which shows the rotation of the polarization plane by the vertical Kerr effect and polar Kerr effect when incident light injects in the diagonal direction. X軸方向の磁化成分Mx、Y軸方向の磁化成分My、Z軸方向の磁化成分Mzと、全磁化Mの関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship among a magnetization component Mx in the X-axis direction, a magnetization component My in the Y-axis direction, a magnetization component Mz in the Z-axis direction, and the total magnetization M. 本発明の一実施形態における、X方向成分画像、Y方向成分画像、Z方向成分画像、及び、試料の各位置の磁化方向を算出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the magnetization direction of each position of an X direction component image, a Y direction component image, a Z direction component image, and a sample in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、基準データを得る手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which acquires reference | standard data in calculation of the magnetization direction of each position of the sample in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、観察画像データを得る手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which obtains observation image data in calculation of the magnetization direction of each position of the sample in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、X方向成分画像を得る演算処理を示す図である。It is a figure which shows the arithmetic processing which obtains an X direction component image in calculation of the magnetization direction of each position of the sample in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、Y方向成分画像を得る演算処理を示す図である。It is a figure which shows the arithmetic processing which obtains a Y direction component image in calculation of the magnetization direction of each position of the sample in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、X軸方向の観察で得られた画像からZ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。It is a figure which shows the arithmetic processing which obtains a Z direction component image from the image obtained by observation of a X-axis direction in calculation of the magnetization direction of each position of the sample in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、Y軸方向の観察で得られた画像からZ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。It is a figure which shows the arithmetic processing which obtains a Z direction component image from the image obtained by observation of the Y-axis direction in calculation of the magnetization direction of each position of the sample in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の磁化方向の算出における、X規格化データ、Y規格化データの算出法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of X normalization data in the calculation of the magnetization direction of one Embodiment of this invention, and Y normalization data. 本発明の一実施形態における磁気転写による磁界検出を説明する図である。It is a figure explaining the magnetic field detection by the magnetic transfer in one Embodiment of this invention. 一実施形態におけるファラデー媒体の構造と磁界発生源の配置を示す図である。It is a figure which shows the structure of the Faraday medium and arrangement | positioning of a magnetic field generation source in one Embodiment. 本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分を算出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which calculates the component of each direction of the magnetic field in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、基準データを得る手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which acquires reference | standard data in calculation of the component of each direction of the magnetic field in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、観察画像データを得る手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of obtaining observation image data in calculation of the component of each direction of the magnetic field in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、X方向成分画像を得る演算処理を示す図である。It is a figure which shows the arithmetic processing which obtains an X direction component image in calculation of the component of each direction of the magnetic field in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、Y方向成分画像を得る演算処理を示す図である。It is a figure which shows the arithmetic processing which obtains a Y direction component image in calculation of the component of each direction of the magnetic field in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、X軸方向の観察で得られた画像からZ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。It is a figure which shows the arithmetic processing which obtains a Z direction component image from the image obtained by observation of an X-axis direction in calculation of the component of each direction of the magnetic field in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、Y軸方向の観察で得られた画像からZ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。It is a figure which shows the arithmetic processing which obtains a Z direction component image from the image obtained by observation of a Y-axis direction in calculation of the component of each direction of the magnetic field in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の磁界方向の算出における、X規格化データ、Y規格化データの算出法を説明する図である。It is a figure explaining the calculation method of X standardization data and Y standardization data in calculation of the magnetic field direction of one embodiment of the present invention.

(磁気特性測定方法の原理)
以下では、本発明の一実施形態の磁気特性測定方法の原理について説明する。
図2は、本実施形態の磁気特性測定方法の原理を説明する図である。本実施形態の磁気特性測定装置の基本原理は、異なる方向に入射光を入射して得られる画像を演算することで、面内磁化成分を表わす画像と、垂直磁化成分を表わす画像とを得るというものである。なお、図2においては、X−Y−Z直交座標系が規定されておいる。X軸、Y軸は、試料の面内方向(表面に平行な方向)に規定され、Z軸は、試料の垂直方向(表面に垂直な方向)に規定されている。
(Principle of magnetic property measurement method)
Below, the principle of the magnetic property measuring method of one embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of the magnetic characteristic measuring method of the present embodiment. The basic principle of the magnetic property measuring apparatus of this embodiment is that an image representing an in-plane magnetization component and an image representing a perpendicular magnetization component are obtained by calculating images obtained by making incident light incident in different directions. Is. In FIG. 2, an XYZ orthogonal coordinate system is defined. The X axis and Y axis are defined in the in-plane direction (direction parallel to the surface) of the sample, and the Z axis is defined in the vertical direction (direction perpendicular to the surface) of the sample.

まず、直線偏光の入射光IIN1を試料に特定の入射角θi1の方向に入射させると、試料によって入射光IIN1が反射されて反射光IR1が得られる。図2では、入射光IIN1は、入射面(入射光IIN1の進行方向及び反射光IR1の進行方向の両方が面内に存在するような入射面)がX軸方向に平行であり(即ち、XZ平面に平行であり)、且つ、入射光IIN1の進行方向のX軸方向の成分が正であるように入射されている。ここで、入射光IIN1は試料に対して斜め方向に入射される。即ち、入射角θi1は0°ではない(なお、本明細書においては、試料Sの表面に垂直な方向が入射角が0°であると定義する)。その反射光IR1を検光子(図2では図示されない)に入射して通過させると、試料の各位置における偏光面の回転角に応じた光強度分布を有する信号光が得られる。その信号光を撮像素子(例えば、CCD(charge charring device)撮像素子やCMOS(complementary
metal oxide semiconductor)撮像素子)で撮像することで、第1の画像を得る。以下では、XZ平面に平行な入射面内でX軸方向の成分が正である方向に入射光を入射して画像を得ることを、「X軸の正方向に観察」ということがある。
First, when linearly polarized incident light IIN1 is incident on a sample in the direction of a specific incident angle θ i1 , the sample reflects the incident light IIN1 to obtain reflected light IR1 . In FIG. 2, the incident light I IN1 has an incident surface (an incident surface in which both the traveling direction of the incident light I IN1 and the traveling direction of the reflected light I R1 exist in the plane) parallel to the X-axis direction ( In other words, the light is incident so that the component in the X-axis direction of the traveling direction of the incident light IIN1 is positive. Here, the incident light I IN1 is incident on the sample in an oblique direction. In other words, the incident angle θ i1 is not 0 ° (in this specification, the direction perpendicular to the surface of the sample S is defined as the incident angle is 0 °). When the reflected light IR1 enters and passes through an analyzer (not shown in FIG. 2), signal light having a light intensity distribution corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample is obtained. The signal light is converted into an image sensor (for example, a CCD (charge charring device) image sensor or a CMOS (complementary
A first image is obtained by imaging with a metal oxide semiconductor) imaging element). Hereinafter, obtaining an image by entering incident light in a direction in which the component in the X-axis direction is positive in an incident plane parallel to the XZ plane may be referred to as “observation in the positive direction of the X-axis”.

更に、入射方向を反転させて入射光IIN2を入射し(即ち、入射光IIN1の入射面の面内にあり、且つ、反射光IR1の反射角と同一の角度の入射角θi2の方向に入射光IIN2を入射し)、反射光IR2を検光子に通過させて得られる信号光を撮像することで、第2の画像を得る。ここで、図2では、入射光IIN2は、入射面がX軸方向に平行であり(即ち、XZ平面に平行であり)、且つ、入射光IIN2の進行方向のX軸方向の成分が負であるように入射されている。以下では、XZ平面に平行な入射面内でx軸方向の成分が負である方向に入射光を入射して画像を得ることを、「X軸の負方向に観察」ということがある。 Further, the incident direction is reversed and incident light I IN2 is incident (that is, within the plane of the incident surface of incident light I IN1 and having the same incident angle θ i2 as the reflection angle of reflected light I R1 ). The second image is obtained by imaging the signal light obtained by making the incident light I IN2 incident in the direction and passing the reflected light IR2 through the analyzer. Here, in FIG. 2, the incident light I IN2 has an incident surface parallel to the X-axis direction (that is, parallel to the XZ plane) and a component in the X-axis direction of the traveling direction of the incident light I IN2. Incident so as to be negative. Hereinafter, obtaining an image by entering incident light in a direction in which the component in the x-axis direction is negative in an incident plane parallel to the XZ plane may be referred to as “observation in the negative direction of the X-axis”.

ここで、本実施形態の磁気特性測定方法では、入射方向を反転させた場合に、面内磁化成分によって誘起される縦カー効果による偏光面の回転の方向(図2の回転角θxの方向)が反転するのに対し、垂直磁化成分によって誘起される極カー効果による偏光面の回転の方向(図2の回転角θzの方向)は反転しないという現象を利用する。上記の第1の画像と第2の画像の差分の画像は、試料の各位置における面内磁化成分(厳密には、X軸方向に平行な面内磁化成分)を表わす画像となる。一方、上記の第1の画像と第2の画像とを加算した画像は、試料の各位置における垂直磁化成分を表わす画像となる。このように、第1の画像と第2の画像を加算又は減算することで、面内磁化成分と垂直磁化成分とを分離した画像を得ることができる。   Here, in the magnetic characteristic measuring method of this embodiment, when the incident direction is reversed, the direction of rotation of the polarization plane due to the longitudinal Kerr effect induced by the in-plane magnetization component (the direction of the rotation angle θx in FIG. 2). 2 is reversed, whereas the polarization plane rotation direction (direction of the rotation angle θz in FIG. 2) due to the polar Kerr effect induced by the perpendicular magnetization component is not reversed. The difference image between the first image and the second image is an image representing an in-plane magnetization component (strictly, an in-plane magnetization component parallel to the X-axis direction) at each position of the sample. On the other hand, an image obtained by adding the first image and the second image is an image representing a perpendicular magnetization component at each position of the sample. As described above, by adding or subtracting the first image and the second image, an image in which the in-plane magnetization component and the perpendicular magnetization component are separated can be obtained.

このような手法を用いることで、面内磁化成分と垂直磁化成分の影響を分離しながら、面内磁化成分の磁区の観察と垂直磁化成分の磁区の観察とを行うことができる。図3A、図3Bは、本実施形態の磁気特性測定装置において、磁区の観察を行う手順を示す概念図である。図3Aは、面内磁化(面内磁気異方性)を有する試料の磁区の観察を行った場合についての概念図であり、図3Bは、垂直磁化(垂直磁気異方性)を有する試料の磁区の観察を行った場合についての概念図である。以下においては、試料が、互いに反対方向の磁化を有する2つの磁区を有している場合について議論する。   By using such a method, it is possible to observe the magnetic domain of the in-plane magnetization component and the magnetic domain of the perpendicular magnetization component while separating the influence of the in-plane magnetization component and the perpendicular magnetization component. 3A and 3B are conceptual diagrams showing a procedure for observing magnetic domains in the magnetic property measuring apparatus according to the present embodiment. FIG. 3A is a conceptual diagram of a case where a magnetic domain of a sample having in-plane magnetization (in-plane magnetic anisotropy) is observed, and FIG. 3B is a diagram of a sample having perpendicular magnetization (perpendicular magnetic anisotropy). It is a conceptual diagram about the case where observation of a magnetic domain is performed. In the following, the case where the sample has two magnetic domains having magnetizations in opposite directions will be discussed.

磁区の観察においては、磁区の情報以外の情報を除くことが好ましい。そこで、本実施形態では、図3A、図3Bに図示されているように、観察対象の試料の画像(観察像)と、飽和磁界(試料の磁化を飽和させるに十分な大きさの磁界)を印加した状態の標準試料の画像(飽和像)の差分として得られる差分画像を入射方向を反転させながら取得し、その差分画像を演算することで、面内磁化成分の磁区の画像、及び、面内磁化成分の磁区の画像を得る。なお、標準試料は、観察対象の試料とは別に用意される試料でなくてもよい。即ち、飽和像は、観察対象の試料それ自体に飽和磁界を印加した状態で得られた画像であってもよい。   In the observation of the magnetic domain, it is preferable to exclude information other than the magnetic domain information. Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, an image (observation image) of a sample to be observed and a saturation magnetic field (a magnetic field large enough to saturate the magnetization of the sample) are provided. The difference image obtained as the difference between the images of the standard sample in the applied state (saturated image) is acquired while inverting the incident direction, and by calculating the difference image, the image of the magnetic domain of the in-plane magnetization component, and the surface An image of the magnetic domain of the inner magnetization component is obtained. Note that the standard sample may not be a sample prepared separately from the sample to be observed. That is, the saturation image may be an image obtained in a state where a saturation magnetic field is applied to the sample to be observed itself.

詳細には、「X軸の正方向に観察」した場合(入射光IIN1を試料に特定の入射角θi1の方向に入射した場合)、及び、「X軸の負方向に観察」した場合(入射光IIN1の入射面の面内にあり、且つ、反射光IR1の反射角と同一の角度の入射角θi2の方向に入射光IIN2を入射した場合)の両方について、観察対象の試料の画像である観察像を得る。更に、「X軸の正方向に観察」した場合、及び、「X軸の負方向に観察」した場合の両方について、飽和磁界(試料全体の磁化を同一方向に向けるのに十分な大きさの磁界)を印加した状態の標準試料の画像である飽和像を得る。飽和磁界は、全体として面内磁化を有する試料であれば、試料の面内方向に印加することが望ましく、全体として垂直磁化を有する試料であれば、試料の垂直方向に印加することが望ましい。 Specifically, when “observed in the positive direction of the X axis” (when incident light I IN1 is incident on the sample in the direction of a specific incident angle θ i1 ), and when “observed in the negative direction of the X axis” The object to be observed in both cases (when the incident light I IN2 is incident in the direction of the incident angle θ i2 that is in the plane of the incident surface of the incident light I IN1 and is the same as the reflection angle of the reflected light I R1 ) An observation image which is an image of the sample is obtained. Furthermore, for both the “observation in the positive direction of the X axis” and the “observation in the negative direction of the X axis”, the saturation magnetic field (of sufficient magnitude to direct the magnetization of the entire sample in the same direction). A saturation image which is an image of a standard sample in a state where a magnetic field is applied is obtained. The saturation magnetic field is preferably applied in the in-plane direction of the sample if it is a sample having in-plane magnetization as a whole, and is preferably applied in the vertical direction of the sample if it is a sample having vertical magnetization as a whole.

更に、「X軸の正方向に観察」した場合の観察像及び飽和像の差分画像を算出する。以下では、この差分画像を、(図2において左から入射光IIN1が入射されると図示されていることから)「左から入射」画像という。更に、入射方向を反転し、「X軸の負方向に観察」した場合の観察像及び飽和像の差分画像を算出する。以下では、この差分画像を、「右から入射」画像という。ここで、「左」「右」は、単に、方向を区別するための意味合いしか持たないことに留意されたい。 Further, a difference image between the observed image and the saturated image when “observed in the positive direction of the X axis” is calculated. Hereinafter, this difference image is referred to as an “incident from the left” image (since it is shown in FIG. 2 that the incident light I IN1 is incident from the left). Further, the incident direction is reversed, and a difference image between the observed image and the saturated image when “observed in the negative direction of the X axis” is calculated. Hereinafter, this difference image is referred to as an “incident from the right” image. Here, it should be noted that “left” and “right” have only a meaning for distinguishing directions.

「左から入射」画像と「右から入射」画像の差分の画像は、面内磁化成分の画像になる。図3Aに示されているように、面内磁化を持つ試料については、面内磁化成分の画像において、2つの磁区が、輝度が異なる2つの領域として観察され、図3Bに示されているように、垂直磁気異方性を持つ試料については、面内磁化成分の画像において磁区が観察されない。   The difference image between the “incident from the left” image and the “incident from the right” image is an image of the in-plane magnetization component. As shown in FIG. 3A, for a sample having in-plane magnetization, two magnetic domains are observed as two regions having different luminances in the in-plane magnetization component image, as shown in FIG. 3B. In addition, for the sample having perpendicular magnetic anisotropy, no magnetic domain is observed in the image of the in-plane magnetization component.

一方、「左から入射」画像と「右から入射」画像の差分の画像は、垂直磁化成分の画像になる。例えば、図3Aに示されているように、面内磁化を持つ試料については、垂直磁化成分の画像において磁区が観察され、図3Bに示されているように、垂直磁気異方性を持つ試料については、垂直磁化成分の画像において、2つの磁区が、輝度が異なる2つの領域として観察される。   On the other hand, the difference image between the “incident from the left” image and the “incident from the right” image is an image of the perpendicular magnetization component. For example, as shown in FIG. 3A, for a sample having in-plane magnetization, a magnetic domain is observed in the image of the perpendicular magnetization component, and as shown in FIG. 3B, a sample having perpendicular magnetic anisotropy. In the image of the perpendicular magnetization component, two magnetic domains are observed as two regions having different luminances.

図4A、図4Bは、実際の試料の「左から入射」画像、「右から入射」画像、面内磁化成分の画像、及び、垂直磁化成分の画像を示している。ここで、図4Aは、(面内磁化を有する膜である)NiFe軟磁性パターン膜の画像であり、図4Bは、(垂直磁化を有する膜である)GdFeCoパターン膜の画像である。図4A、図4Bから理解されるように、本実施形態の手法によれば、NiFe軟磁性パターン膜については、面内磁化成分の画像及び垂直磁化成分の画像から、各磁区が面内磁化を有していることが分かる。一方、GdFeCoパターン膜については、面内磁化成分の画像及び垂直磁化成分の画像から、各磁区が概ね垂直磁化を有していることが分かる。   4A and 4B show an “incident from left” image, an “incident from right” image, an in-plane magnetization component image, and a perpendicular magnetization component image of an actual sample. Here, FIG. 4A is an image of a NiFe soft magnetic pattern film (which is a film having in-plane magnetization), and FIG. 4B is an image of a GdFeCo pattern film (which is a film having perpendicular magnetization). As understood from FIGS. 4A and 4B, according to the method of this embodiment, in the NiFe soft magnetic pattern film, each magnetic domain exhibits in-plane magnetization from the in-plane magnetization component image and the perpendicular magnetization component image. You can see that On the other hand, for the GdFeCo pattern film, it can be seen from the image of the in-plane magnetization component and the image of the perpendicular magnetization component that each magnetic domain has substantially perpendicular magnetization.

図2に図示されているような、2方向から入射光を入射する手法では、入射面に平行な面内磁化成分と、垂直磁化成分とが観察可能である。この手法を拡張し、図5に図示されているように、互いに垂直な入射面のそれぞれにおいて2方向から(合計4方向から)入射光を入射することで、3次元の磁化成分を観察することができる。   In the method in which incident light is incident from two directions as shown in FIG. 2, an in-plane magnetization component parallel to the incident surface and a perpendicular magnetization component can be observed. Extending this method, as shown in FIG. 5, observing a three-dimensional magnetization component by entering incident light from two directions (from a total of four directions) on each of incident surfaces perpendicular to each other. Can do.

詳細には、「X軸の正方向に観察」することによって観察像及び飽和像が撮影され、これらの観察像と飽和像の差分画像が「左から入射」画像として算出される。更に、入射方向を反転させて「X軸の負方向に観察」することによって観察像及び飽和像が撮影され、観察像と飽和像の差分画像が、「右から入射」画像として算出される。   Specifically, an observation image and a saturation image are taken by “observing in the positive direction of the X axis”, and a difference image between these observation images and the saturation image is calculated as an “incident from the left” image. Further, by inverting the incident direction and “observing in the negative direction of the X axis”, an observation image and a saturation image are taken, and a difference image between the observation image and the saturation image is calculated as an “incident from the right” image.

「左から入射」画像と「右から入射」画像との差分画像が、X軸方向の磁化成分の画像であり、「左から入射」画像と「右から入射」画像との加算画像が、Z軸方向の磁化成分(垂直磁化成分)の画像である。   The difference image between the “incident from left” image and the “incident from right” image is the image of the magnetization component in the X-axis direction, and the added image of the “incident from left” image and the “incident from right” image is Z It is an image of the magnetization component (perpendicular magnetization component) of an axial direction.

更に、YZ平面に平行な入射面において、直線偏光の入射光IIN3を試料に特定の入射角θi2の方向に入射させて観察像及び飽和像が撮影される。ここで、図5では、入射光IIN3は、入射面がY軸方向に平行であり(即ち、YZ平面に平行であり)、且つ、入射光IIN3の進行方向のY軸方向の成分が正であるように入射されている。以下では、YZ平面に平行な入射面内でY軸方向の成分が正である方向に入射光を入射して画像を得ることを、「Y軸の正方向に観察」ということがある。更に、「Y軸の正方向に観察」することによって得られた観察像と飽和像の差分画像が「前方から入射」画像として算出される。 Further, on the incident plane parallel to the YZ plane, the linearly polarized incident light I IN3 is incident on the sample in the direction of a specific incident angle θ i2 , and an observation image and a saturation image are photographed. Here, in FIG. 5, the incident light I IN3 has an incident surface parallel to the Y-axis direction (that is, parallel to the YZ plane) and a component in the Y-axis direction of the traveling direction of the incident light I IN3. Incident to be positive. Hereinafter, obtaining an image by entering incident light in a direction in which the component in the Y-axis direction is positive in an incident plane parallel to the YZ plane may be referred to as “observation in the positive direction of the Y-axis”. Further, the difference image between the observed image and the saturated image obtained by “observing in the positive direction of the Y axis” is calculated as an “incident from the front” image.

更に、当該入射面の面内で入射方向を反転させて直線偏光の入射光IIN4を試料に入射させて観察像及び飽和像が撮影される。ここで、図5では、入射光IIN4は、入射面がY軸方向に平行であり(即ち、YZ平面に平行であり)、且つ、入射光IIN4の進行方向のY軸方向の成分が負であるように入射されている。以下では、YZ平面に平行な入射面内でY軸方向の成分が負である方向に入射光を入射して画像を得ることを、「Y軸の負方向に観察」ということがある。更に、「Y軸の負方向に観察」することによって得られた観察像と飽和像の差分画像が「後方から入射」画像として算出される。ここで、「前方」「後方」は、単に、方向を区別するための意味合いしか持たないことに留意されたい。 Further, the incident direction is reversed in the plane of the incident surface, and linearly polarized incident light IIN4 is incident on the sample, and an observation image and a saturated image are photographed. Here, in FIG. 5, the incident light I IN4 has an incident surface parallel to the Y-axis direction (that is, parallel to the YZ plane) and a component in the Y-axis direction of the traveling direction of the incident light I IN4. Incident so as to be negative. Hereinafter, obtaining an image by entering incident light in a direction in which a component in the Y-axis direction is negative in an incident plane parallel to the YZ plane may be referred to as “observation in the negative Y-axis direction”. Further, a difference image between the observed image and the saturated image obtained by “observing in the negative direction of the Y axis” is calculated as an “incident from behind” image. Here, it should be noted that “front” and “back” have only a meaning for distinguishing directions.

「前方から入射」画像と「後方から入射」画像との差分画像が、Y軸方向の磁化成分の画像であり、「前方から入射」画像と「後方から入射」画像との加算画像が、Z軸方向の磁化成分の画像である。   The difference image between the “incident from the front” image and the “incident from the rear” image is the image of the magnetization component in the Y-axis direction, and the added image of the “incident from the front” image and the “incident from the rear” image is Z It is an image of the magnetization component of an axial direction.

この手法では、Z軸方向の磁化成分の画像が2つ(XZ平面に平行な入射面で入射光を入射して得られるZ軸方向の磁化成分の画像と、YZ平面に平行な入射面で入射光を入射して得られるZ軸方向の磁化成分の画像)得られることになる。これらの画像の平均の画像を、最終的に得られるZ軸方向の磁化成分の画像としてもよい。   In this method, there are two images of the magnetization component in the Z-axis direction (an image of the magnetization component in the Z-axis direction obtained by entering incident light on the incident surface parallel to the XZ plane and an incident surface parallel to the YZ plane). An image of a magnetization component in the Z-axis direction obtained by entering incident light) is obtained. An average image of these images may be an image of the magnetization component in the Z-axis direction finally obtained.

図6A〜図6Cは、4方向から入射光を入射することで得られる各方向の磁化成分の画像の例である。試料としては、方向性電磁鋼板が用いられている。ここで、図6Aは、XZ平面に平行な入射面において2方向から入射光を入射して得られた「左から入射」画像と「右から入射」画像との差分画像として得られたX軸方向の磁化成分の画像である。図6Bは、YZ平面に平行な入射面において2方向から入射光を入射して得られた「前方から入射」画像と「後方から入射」画像との差分画像として得られたY軸方向の磁化成分の画像である。図6Cは、XZ平面に平行な入射面において2方向から入射光を入射して得られた「左から入射」画像と「右から入射」画像との加算画像として得られたZ軸方向の磁化成分の画像である。   6A to 6C are examples of images of magnetization components in each direction obtained by entering incident light from four directions. A grain-oriented electrical steel sheet is used as the sample. Here, FIG. 6A shows an X axis obtained as a difference image between an “incident from the left” image and an “incident from the right” image obtained by entering incident light from two directions on an incident surface parallel to the XZ plane. It is an image of the magnetization component of a direction. FIG. 6B shows the magnetization in the Y-axis direction obtained as a difference image between an “incident from the front” image and an “incident from the rear” image obtained by entering incident light from two directions on the incident plane parallel to the YZ plane. It is an image of a component. FIG. 6C shows the magnetization in the Z-axis direction obtained as an addition image of an “incident from left” image and an “incident from right” image obtained by entering incident light from two directions on an incident surface parallel to the XZ plane. It is an image of a component.

(磁気特性測定装置の全体構成)
図7は、上述された磁気特性測定方法を実施するための磁気特性測定装置の構成の例を示す斜視図である。図7の磁気特性測定装置は、概略的には、入射光学系1と、落射光学系2と、検出光学系3と、演算装置4と、表示装置5と、4極電磁石装置6とを備えている。
(Overall configuration of magnetic property measuring device)
FIG. 7 is a perspective view showing an example of the configuration of a magnetic property measuring apparatus for carrying out the magnetic property measuring method described above. 7 schematically includes an incident optical system 1, an incident optical system 2, a detection optical system 3, an arithmetic device 4, a display device 5, and a quadrupole electromagnet device 6. ing.

入射光学系1は、試料Sに入射される直線偏光の入射光7を生成する機能を有している。具体的には、入射光学系1は、光源11と、コンデンサレンズ12と、開口絞り13と、視野絞り14と、コリメータレンズ15と、ミラー16と、可動ミラー17と、リレーレンズ18と、偏光子19とを備えている。光源11が発生した光は、コンデンサレンズ12と、開口絞り13と、視野絞り14と、コリメータレンズ15を介してミラー16に入射され、更に、ミラー16によって反射されて可動ミラー17に入射される。可動ミラー17は、x軸及びz軸を中心として回転可能に構成されている。後述されるように、可動ミラー17は、所望の入射方向において入射光7を試料Sに入射可能にするために重要な役割を果たす。可動ミラー17によって反射された光は、リレーレンズ18を介して偏光子19に入射され、偏光子19から出射された光が、入射光7として使用される。   The incident optical system 1 has a function of generating linearly polarized incident light 7 incident on the sample S. Specifically, the incident optical system 1 includes a light source 11, a condenser lens 12, an aperture stop 13, a field stop 14, a collimator lens 15, a mirror 16, a movable mirror 17, a relay lens 18, and a polarization. And a child 19. The light generated by the light source 11 is incident on the mirror 16 via the condenser lens 12, the aperture stop 13, the field stop 14, and the collimator lens 15, and further reflected by the mirror 16 and incident on the movable mirror 17. . The movable mirror 17 is configured to be rotatable about the x axis and the z axis. As will be described later, the movable mirror 17 plays an important role in order to allow the incident light 7 to be incident on the sample S in a desired incident direction. The light reflected by the movable mirror 17 enters the polarizer 19 via the relay lens 18, and the light emitted from the polarizer 19 is used as the incident light 7.

落射光学系2は、入射光7を試料Sに所望の方向に入射し、更に、試料Sからの反射光8を検出光学系3に入射する機能を有している。より具体的には、落射光学系2は、スミスミラー21と、ハーフミラー22と、対物レンズ23とを備えている。入射光学系1から入射した入射光7は、スミスミラー21及びハーフミラー22によって反射されて対物レンズ23に入射される。対物レンズ23は、入射光7を試料Sに入射し、また、試料Sからの反射光8を、ハーフミラー22を介して、検出光学系3に入射する。上述の可動ミラー17及びリレーレンズ18の位置は、対物レンズ23の前側焦点からリレーレンズ18の主点までの光路長と、リレーレンズ18の主点から可動ミラー17までの光路長とが、いずれも、リレーレンズ18の焦点距離と一致するように定められている。   The epi-illumination optical system 2 has a function of causing the incident light 7 to enter the sample S in a desired direction, and further causing the reflected light 8 from the sample S to enter the detection optical system 3. More specifically, the incident optical system 2 includes a Smith mirror 21, a half mirror 22, and an objective lens 23. Incident light 7 incident from the incident optical system 1 is reflected by the Smith mirror 21 and the half mirror 22 and enters the objective lens 23. The objective lens 23 enters the incident light 7 into the sample S, and the reflected light 8 from the sample S enters the detection optical system 3 via the half mirror 22. The positions of the movable mirror 17 and the relay lens 18 described above may be any of the optical path length from the front focal point of the objective lens 23 to the principal point of the relay lens 18 and the optical path length from the principal point of the relay lens 18 to the movable mirror 17. Is also set to coincide with the focal length of the relay lens 18.

検出光学系3は、検光子31と、結像レンズ32と、撮像装置33とを備えている。反射光8は、検光子31及び結像レンズ32を介して撮像装置33に入射される。撮像装置33は、入射された反射光8の撮像画像を撮像素子(例えば、CCD撮像素子やCMOS撮像素子)によって撮像し、演算装置4に送る。撮像画像の各画素の輝度は、反射光8のスポットの各位置における光強度を示している。   The detection optical system 3 includes an analyzer 31, an imaging lens 32, and an imaging device 33. The reflected light 8 is incident on the imaging device 33 via the analyzer 31 and the imaging lens 32. The imaging device 33 captures a captured image of the incident reflected light 8 with an imaging device (for example, a CCD imaging device or a CMOS imaging device) and sends the captured image to the arithmetic device 4. The luminance of each pixel of the captured image indicates the light intensity at each position of the spot of the reflected light 8.

4極電磁石装置6は、試料Sに磁界を所望の方向に印加する装置であり、4極電磁石61〜64と、バイポーラ電源65、66とを備えている。4極電磁石61、62は、試料Sに、X軸方向に磁界を印加する機能を有しており、バイポーラ電源65によって駆動される。4極電磁石63、64は、試料Sに、Y軸方向に磁界を印加する機能を有しており、バイポーラ電源66によって駆動される。試料Sに印加される磁界の強度及び方向は、バイポーラ電源65が4極電磁石61、62に供給する電流の大きさ、及び、バイポーラ電源66が4極電磁石63、64に供給する電流の大きさによって制御される。   The quadrupole electromagnet device 6 is a device that applies a magnetic field to the sample S in a desired direction, and includes quadrupole electromagnets 61 to 64 and bipolar power supplies 65 and 66. The quadrupole electromagnets 61 and 62 have a function of applying a magnetic field to the sample S in the X-axis direction, and are driven by a bipolar power source 65. The quadrupole electromagnets 63 and 64 have a function of applying a magnetic field to the sample S in the Y-axis direction, and are driven by a bipolar power supply 66. The intensity and direction of the magnetic field applied to the sample S are the magnitude of the current that the bipolar power supply 65 supplies to the quadrupole electromagnets 61 and 62 and the magnitude of the current that the bipolar power supply 66 supplies to the quadrupole electromagnets 63 and 64. Controlled by.

演算装置4は、当該磁気特性測定装置における演算処理や制御処理を行う。
第1に、演算装置4は、入射光学系1の可動ミラー17の向きを制御して、試料Sへの入射光7の入射方向を制御する。図2に図示されている2方向からの入射光の入射、及び、図4に図示されている4方向からの入射光の入射は、可動ミラー17の向きを制御することによって実現される。図8は、可動ミラー17の向きの制御と、入射光7の入射方向の関係を示す図である。可動ミラー17を、Z軸に平行な中心軸の周りに回転させて所望の向きに向けることにより、光源11によって発生された入射光7は、図8(a)に図示されているように、対物レンズ23の胴付面の、対物レンズ23の光軸からX軸方向にずれた位置に該光軸に平行に入射される。これにより、入射光7を、入射面をXZ平面に平行にしながら試料Sに斜めに入射することができる。一方、可動ミラー17を、X軸に平行な中心軸の周りに回転させて所望の向きに向けることにより、光源11によって発生された入射光7は、対物レンズ23の胴付面の、対物レンズ23の光軸からはY軸方向にずれた位置に該光軸に平行に入射される。これにより、入射光7を、入射面をYZ平面に平行にしながら試料Sに斜めに入射することができる。
The arithmetic device 4 performs arithmetic processing and control processing in the magnetic characteristic measuring device.
First, the arithmetic unit 4 controls the direction of the incident light 7 to the sample S by controlling the direction of the movable mirror 17 of the incident optical system 1. Incident light from the two directions shown in FIG. 2 and incident light from the four directions shown in FIG. 4 are realized by controlling the direction of the movable mirror 17. FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the control of the direction of the movable mirror 17 and the incident direction of the incident light 7. By rotating the movable mirror 17 around a central axis parallel to the Z axis and directing it in a desired direction, the incident light 7 generated by the light source 11 is as shown in FIG. The light is incident parallel to the optical axis at a position on the body-mounted surface of the objective lens 23 that is shifted in the X-axis direction from the optical axis of the objective lens 23. Thereby, the incident light 7 can be incident on the sample S obliquely with the incident surface parallel to the XZ plane. On the other hand, by rotating the movable mirror 17 around a central axis parallel to the X axis and directing the movable mirror 17 in a desired direction, incident light 7 generated by the light source 11 is reflected by the objective lens on the body surface of the objective lens 23. The light is incident parallel to the optical axis at a position shifted from the optical axis 23 in the Y-axis direction. Thereby, the incident light 7 can be incident on the sample S obliquely with the incident surface parallel to the YZ plane.

第2に、演算装置4は、4極電磁石装置6のバイポーラ電源65、66から4極電磁石61、62、63、64に供給される電流を制御して、試料Sに印加される磁界の強度及び向きを制御する。図7の4極電磁石装置6の構成では、磁界を、試料Sの任意の面内方向(XY平面に平行な平面内の方向)に印加することができる。   Secondly, the arithmetic device 4 controls the current supplied from the bipolar power supplies 65 and 66 of the quadrupole electromagnet device 6 to the quadrupole electromagnets 61, 62, 63 and 64, and the intensity of the magnetic field applied to the sample S. And control the orientation. In the configuration of the quadrupole electromagnet device 6 in FIG. 7, the magnetic field can be applied in an arbitrary in-plane direction of the sample S (a direction in a plane parallel to the XY plane).

第3に、演算装置4は、撮像装置33によって撮像された反射光8の撮像画像に対して上述の磁気特性測定方法の演算処理を行い、面内磁化成分の画像、垂直磁化成分の画像を生成し、又は、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向それぞれの磁化成分の画像を生成する。更に必要であれば、演算装置4は、後述の演算処理により、当該撮像画像から試料の各位置における磁化の方向及び/又は各方向(X軸方向、Y軸方向、Z軸方向)の磁化成分の大きさを算出する。   Third, the arithmetic device 4 performs arithmetic processing of the above-described magnetic characteristic measurement method on the captured image of the reflected light 8 imaged by the imaging device 33, and obtains an in-plane magnetization component image and a perpendicular magnetization component image. Or images of magnetization components in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are generated. Further, if necessary, the arithmetic device 4 performs the arithmetic processing described later, the magnetization direction and / or the magnetization component in each direction (X-axis direction, Y-axis direction, Z-axis direction) at each position of the sample from the captured image. The size of is calculated.

加えて、演算装置4は、表示装置5に表示されるべき表示画像(例えば、面内磁化成分の画像及び垂直磁化成分の画像、又は、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の磁化成分の画像)を生成する。表示装置5は、演算装置4から送られてきた表示画像を表示する。   In addition, the arithmetic device 4 displays a display image to be displayed on the display device 5 (for example, an in-plane magnetization component image and a perpendicular magnetization component image, or magnetization components in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction). Image). The display device 5 displays the display image sent from the arithmetic device 4.

(磁化方向の算出)
上述の磁気特性測定方法によって得られたX軸方向の磁化成分の画像の各画素の輝度データは、試料の対応する位置におけるX軸方向の磁化の大きさに対応している。同様に、Y軸方向の磁化成分の画像の各画素の輝度データは、試料の対応する位置におけるY軸方向の磁化の大きさに対応しており、Z軸方向の磁化成分(垂直磁化成分)の画像の各画素の輝度データは、試料の対応する位置におけるZ軸方向の磁化の大きさに対応している。したがって、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の磁化成分それぞれの画像の各画素の輝度データは、試料Sの各位置における3次元磁化方向、及び、磁化の大きさの情報を含んでいる。したがって、原理的には、X軸方向、Y軸方向及びZ軸方向の磁化成分の画像の各画素の輝度データ(又は、当該輝度データの算出の元になったデータ)から、試料Sの各位置における3次元空間内での磁化方向の大きさを算出可能である。
(Calculation of magnetization direction)
The luminance data of each pixel of the image of the magnetization component in the X-axis direction obtained by the magnetic characteristic measurement method described above corresponds to the magnitude of magnetization in the X-axis direction at the corresponding position of the sample. Similarly, the luminance data of each pixel of the image of the magnetization component in the Y-axis direction corresponds to the magnitude of magnetization in the Y-axis direction at the corresponding position of the sample, and the magnetization component in the Z-axis direction (vertical magnetization component) The luminance data of each pixel in the image corresponds to the magnitude of magnetization in the Z-axis direction at the corresponding position of the sample. Accordingly, the luminance data of each pixel of the image of the magnetization component in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction includes information on the three-dimensional magnetization direction and the magnetization magnitude at each position of the sample S. . Therefore, in principle, from the luminance data of each pixel of the magnetization component image in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction (or the data from which the luminance data is calculated), The magnitude of the magnetization direction in the three-dimensional space at the position can be calculated.

詳細には、図9Aから理解されるように、X軸方向の磁化成分Mxの縦カー効果による偏光面の回転角θx、Y軸方向の磁化成分Myの縦カー効果による偏光面の回転角θy、及び、垂直磁化成分(Z軸方向の磁化成分)の極カー効果による偏光面の回転角θzは、次のように表わされる:
θx=K・Mx・sinθ, ・・・(1a)
θy=K・My・sinθ, ・・・(1b)
θz=K・Mz・cosθ, ・・・(1c)
ここで、Kは、縦カー効果のカー定数に依存する比例定数であり、Kは、極カー効果のカー定数に依存する比例定数であり、θは入射角である。
Specifically, as understood from FIG. 9A, the rotation angle θx of the polarization plane due to the longitudinal Kerr effect of the magnetization component Mx in the X-axis direction, and the rotation angle θy of the polarization plane due to the longitudinal Kerr effect of the magnetization component My in the Y-axis direction. , And the rotation angle θz of the polarization plane due to the polar Kerr effect of the perpendicular magnetization component (magnetization component in the Z-axis direction) is expressed as follows:
θx = K L · Mx · sin θ i , (1a)
θy = K L · My · sin θ i , (1b)
θz = K P · Mz · cos θ i , (1c)
Here, K L is a proportionality constant that depends on the Kerr constant of the longitudinal Kerr effect, K P is a proportionality constant that depends on the Kerr constant of the polar Kerr effect, the theta i is the incident angle.

よって、下記式が成り立つ:
Mx=θx/(K・sinθ), ・・・(2a)
My=θy/(K・sinθ), ・・・(2b)
Mz=θz/(K・cosθ), ・・・(2c)
偏光面の回転角θx、θy、θzは画像の輝度データから得ることができるので、原理的には、試料Sの材料のカー定数、及び、入射角θが分かれば、式(2a)〜(2c)から、試料Sの各位置におけるX軸方向の磁化成分Mx、Y軸方向の磁化成分My、Z軸方向の磁化成分Mzを算出することができる。
Thus, the following equation holds:
Mx = θx / (K L · sinθ i), ··· (2a)
My = θy / (K L · sin θ i ), (2b)
Mz = θz / (K P · cos θ i ), (2c)
Polarization plane rotation angle [theta] x, [theta] y, since θz can be obtained from the luminance data of the image, in principle, the Kerr constant of the material of the sample S, and, knowing the angle of incidence theta i is represented by the formula (2a) ~ From (2c), the magnetization component Mx in the X-axis direction, the magnetization component My in the Y-axis direction, and the magnetization component Mz in the Z-axis direction at each position of the sample S can be calculated.

一つの問題は、入射角θの正確な値の測定が困難な場合があることである。特に、大きな撮像画像を撮るために光源11としてインコヒーレントな白色照明を用いる場合には、試料Sにおける位置に依存して入射角θが異なり、各位置における入射角θを正確に測定することは困難である。入射角θの正確な値が得られない場合、式(2a)〜(2c)からX軸方向の磁化成分Mx、Y軸方向の磁化成分My、Z軸方向の磁化成分Mzの算出を行うことはできない。 One problem is that it may be difficult to measure an accurate value of the incident angle θ i . Particularly, in the case of using incoherent white illumination as the light source 11 in order to take a large captured image, different incident angle theta i depending on the position of the sample S, to accurately measure the incident angle theta i at each position It is difficult. When an accurate value of the incident angle θ i cannot be obtained, the magnetization component Mx in the X-axis direction, the magnetization component My in the Y-axis direction, and the magnetization component Mz in the Z-axis direction are calculated from the equations (2a) to (2c). It is not possible.

しかしながら、以下で議論されるように、入射角θを用いなくても試料Sの各位置における磁化方向は算出可能である。以下では、入射角θを用いず試料Sの各位置における磁化方向を算出する方法について議論する。 However, as will be discussed below, the magnetization direction at each position of the sample S can be calculated without using the incident angle θ i . Hereinafter, a method for calculating the magnetization direction at each position of the sample S without using the incident angle θ i will be discussed.

図9Bに図示されているように、強磁性体の試料Sにおいては、試料の各位置において、全磁化Mが特定方向に向いていると考えることができる。そして、試料Sの特定位置におけるX軸方向の磁化成分と全磁化Mの比Mx/Mは、強磁性体の試料SのX軸方向の磁化成分の観察像の輝度データと、X軸方向に試料Sを飽和させた場合の飽和像の輝度データから算出することができる。同様に、試料Sの特定位置におけるY軸方向の磁化成分と全磁化Mの比My/Mは、強磁性体の試料SのY軸方向の磁化成分の観察像の輝度データと、Y軸方向に試料Sを飽和させた場合の飽和像の輝度データから算出することができ、試料Sの特定位置におけるZ軸方向の磁化成分と全磁化Mの比My/Mは、強磁性体の試料SのZ軸方向の磁化成分の観察像の輝度データと、Z軸方向に試料Sを飽和させた場合の飽和像の輝度データから算出することができる。Mx/M、My/M、Mz/Mは、試料Sの磁化方向の方向ベクトルの方向余弦であるから、観察像と飽和像とからMx/M、My/M、Mz/Mを算出できれば、試料Sの各位置の磁化方向を算出できたことになる。   As shown in FIG. 9B, in the ferromagnetic sample S, it can be considered that the total magnetization M is directed in a specific direction at each position of the sample. The ratio Mx / M of the magnetization component in the X-axis direction and the total magnetization M at a specific position of the sample S is the luminance data of the observation image of the magnetization component in the X-axis direction of the ferromagnetic sample S and the X-axis direction. It can be calculated from the luminance data of the saturated image when the sample S is saturated. Similarly, the ratio My / M of the magnetization component in the Y-axis direction and the total magnetization M at a specific position of the sample S is the luminance data of the observation image of the magnetization component in the Y-axis direction of the ferromagnetic sample S and the Y-axis direction. The ratio My / M of the magnetization component in the Z-axis direction and the total magnetization M at a specific position of the sample S can be calculated from the luminance data of the saturated image when the sample S is saturated to the sample S. Can be calculated from the luminance data of the observed image of the magnetization component in the Z-axis direction and the luminance data of the saturated image when the sample S is saturated in the Z-axis direction. Since Mx / M, My / M, and Mz / M are direction cosines of the direction vector of the magnetization direction of the sample S, if Mx / M, My / M, and Mz / M can be calculated from the observation image and the saturation image, This means that the magnetization direction at each position of the sample S can be calculated.

このような手法の一つの問題は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向の全てについて試料Sの磁化を飽和させることが困難な場合があることである。第1に、板厚が薄い材料では、反磁界が大きいので、Z軸方向に磁化を飽和させることが困難になる。加えて、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向のそれぞれについて大きな磁界を発生可能な電磁石装置は、実際上、作製困難であることである。例えば、図7に図示されている4極電磁石装置6は、XY平面内の方向には大きな磁界を生成可能であるが、Z軸方向に磁界を生成することはできない。これは、測定によって比Mz/Mを得ることが困難であることを意味している。   One problem with such a technique is that it may be difficult to saturate the magnetization of the sample S in all of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. First, a thin plate material has a large demagnetizing field, making it difficult to saturate magnetization in the Z-axis direction. In addition, an electromagnet device capable of generating a large magnetic field in each of the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction is actually difficult to manufacture. For example, the quadrupole electromagnet device 6 shown in FIG. 7 can generate a large magnetic field in the direction in the XY plane, but cannot generate a magnetic field in the Z-axis direction. This means that it is difficult to obtain the ratio Mz / M by measurement.

そこで、本実施形態では、X軸方向の磁化成分Mx、Y軸方向の磁化成分My、及び、Z軸方向の磁化成分Mzについて下記式(4)が成立する:
ことに着目し、Mx/M、My/Mを測定結果から得る一方で、Mz/Mを式(4)から算出するアプローチを用いる。
Therefore, in the present embodiment, the following expression (4) is established for the magnetization component Mx in the X-axis direction, the magnetization component My in the Y-axis direction, and the magnetization component Mz in the Z-axis direction:
Paying attention to this, an approach is used in which Mx / M and My / M are obtained from the measurement results, while Mz / M is calculated from Equation (4).

図10は、本実施形態における、X軸方向の磁化成分の画像、Y軸方向の磁化成分の画像、Z軸方向の磁化成分の画像、及び、(入射角θが不明な状況において)試料Sの各位置における磁化方向を得る手順を示すフローチャートである。 FIG. 10 shows an image of the magnetization component in the X-axis direction, an image of the magnetization component in the Y-axis direction, an image of the magnetization component in the Z-axis direction, and a sample (in a situation where the incident angle θ i is unknown) in this embodiment. It is a flowchart which shows the procedure which obtains the magnetization direction in each position of S.

ステップS01:
まず、基準データ、即ち、試料Sを飽和させるような磁界(飽和磁界)を印加した場合の画像(飽和磁界印加画像)の取得が行われる。図11は、ステップS01における飽和磁界印加画像の取得の詳細を示すフローチャートである。
Step S01:
First, reference data, that is, an image (saturation magnetic field application image) when a magnetic field (saturation magnetic field) that saturates the sample S is applied is acquired. FIG. 11 is a flowchart showing details of acquisition of the saturation magnetic field application image in step S01.

まず、X軸の正方向に観察することによって飽和磁界印加画像XFPS、XFMSが取得される(ステップS11)。ここで、上述されているように、「X軸の正方向に観察」とは、XZ平面に平行な面内にあり、且つ、X軸の正方向の成分を含む入射方向に入射光(図2では、入射光IIN1)を入射して撮像画像を得ることを意味している。ここで、飽和磁界印加画像XFPSは、4極電磁石装置6によって試料Sを飽和させる磁界をX軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、飽和磁界印加画像XFMSは、4極電磁石装置6によって試料Sを飽和させる磁界をX軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。 First, saturation magnetic field application images XF PS and XF MS are acquired by observing in the positive direction of the X axis (step S11). Here, as described above, “observation in the positive direction of the X axis” means that incident light is incident in an incident direction that is in a plane parallel to the XZ plane and includes a component in the positive direction of the X axis (see FIG. 2 means that incident light I IN1 ) is incident to obtain a captured image. Here, the saturation magnetic field application image XF PS is a captured image acquired in a state in which a magnetic field that saturates the sample S is applied in the positive direction of the X axis by the quadrupole electromagnet apparatus 6, and the saturation magnetic field application image XF MS is It is the captured image acquired in the state which applied the magnetic field which saturates the sample S by the quadrupole electromagnet apparatus 6 to the negative direction of the X-axis.

更に、X軸の負方向に観察することによって飽和磁界印加画像XRPS、XRMSが取得される(ステップS12)。ここで、上述されているように、「X軸の負方向に観察」とは、XZ平面に平行な面内にあり、且つ、X軸の負方向の成分を含む入射方向に入射光(図2では、入射光IIN2)を入射して撮像画像を得ることを意味している。ここで、飽和磁界印加画像XRPSは、試料Sを飽和させる磁界を4極電磁石装置6によってX軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、飽和磁界印加画像XRMSは、試料Sを飽和させる磁界をX軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。 Further, saturation magnetic field application images XR PS and XR MS are acquired by observing in the negative direction of the X axis (step S12). Here, as described above, “observation in the negative direction of the X axis” means that incident light is incident in an incident direction that is in a plane parallel to the XZ plane and includes a component in the negative direction of the X axis (see FIG. 2 means that incident light I IN2 ) is incident to obtain a captured image. Here, the saturation magnetic field application image XR PS is a captured image acquired in a state in which a magnetic field that saturates the sample S is applied in the positive direction of the X axis by the quadrupole electromagnet apparatus 6, and the saturation magnetic field application image XR MS is It is the captured image acquired in the state which applied the magnetic field which saturates the sample S to the negative direction of the X-axis.

更に、Y軸の正方向に観察することによって飽和磁界印加画像YFPS、YFMSが取得される(ステップS13)。ここで、「Y軸の正方向に観察」とは、YZ平面に平行な面内にあり、且つ、Y軸の正方向の成分を含む入射方向に入射光を入射して撮像画像を得ることを意味している。また、飽和磁界印加画像YFPSは、試料Sを飽和させる磁界を4極電磁石装置6によってY軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、飽和磁界印加画像YFMSは、試料Sを飽和させる磁界をY軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。 Further, saturation magnetic field application images YF PS and YF MS are obtained by observing in the positive direction of the Y axis (step S13). Here, “observation in the positive direction of the Y-axis” means that a captured image is obtained by entering incident light in an incident direction that is in a plane parallel to the YZ plane and includes a component in the positive direction of the Y-axis. Means. Further, the saturation magnetic field application image YF PS is a captured image obtained in a state where a magnetic field for saturating the sample S is applied in the positive direction of the Y axis by the quadrupole electromagnet device 6, and the saturation magnetic field application image YF MS is It is the captured image acquired in the state which applied the magnetic field which saturates S to the negative direction of the Y-axis.

更に、Y軸の負方向に観察することによって飽和磁界印加画像YRPS、YRMSが取得される(ステップS14)。ここで、「Y軸の負方向に観察」とは、YZ平面に平行な面内にあり、且つ、Y軸の負方向の成分を含む入射方向に入射光を入射して撮像画像を得ることを意味している。また、飽和磁界印加画像YRPSは、試料Sを飽和させる磁界を4極電磁石装置6によってY軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、飽和磁界印加画像YRMSは、試料Sを飽和させる磁界をY軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。 Further, saturation magnetic field application images YR PS and YR MS are acquired by observing in the negative direction of the Y axis (step S14). Here, “observation in the negative direction of the Y axis” refers to obtaining a captured image by entering incident light in an incident direction that is in a plane parallel to the YZ plane and includes a component in the negative direction of the Y axis. Means. Further, the saturation magnetic field application image YR PS is a captured image acquired in a state where a magnetic field for saturating the sample S is applied in the positive direction of the Y axis by the quadrupole electromagnet device 6, and the saturation magnetic field application image YR MS is It is the captured image acquired in the state which applied the magnetic field which saturates S to the negative direction of the Y-axis.

なお、ステップS11〜S14が実行される順序は任意である。   Note that the order in which steps S11 to S14 are executed is arbitrary.

ステップS02:
図10を再度に参照して、ステップS01の後、観察画像データ、即ち、試料Sに観察対象の磁界を印加した場合の画像の取得が行われる。図12は、ステップS02における観察画像データの取得の詳細を示すフローチャートである。まず、観察対象の磁界を印加した状態でX軸の正方向に観察することによってX方向観察画像XFが取得される(ステップS21)。更に、観察対象の磁界を印加した状態でX軸の負方向に観察することによってX方向観察画像XRが取得される(ステップS22)。更に、観察対象の磁界を印加した状態でY軸の正方向に観察することによってY方向観察画像YFが取得される(ステップS23)。更に、観察対象の磁界を印加した状態でY軸の負方向に観察することによってY方向観察画像YRが取得される(ステップS24)。なお、ステップS21〜S24が実行される順序は任意である。なお、上記ステップS21〜S24において、観察対象の磁界は、0であってもよい。
Step S02:
Referring to FIG. 10 again, after step S01, observation image data, that is, an image when a magnetic field to be observed is applied to the sample S is acquired. FIG. 12 is a flowchart showing details of the observation image data acquisition in step S02. First, an X-direction observation image XF is acquired by observing in the positive direction of the X axis in a state where a magnetic field to be observed is applied (step S21). Furthermore, an X-direction observation image XR is acquired by observing in the negative direction of the X axis in a state where the magnetic field to be observed is applied (step S22). Furthermore, a Y-direction observation image YF is acquired by observing in the positive direction of the Y-axis with the magnetic field to be observed being applied (step S23). Furthermore, a Y-direction observation image YR is acquired by observing in the negative direction of the Y-axis with the magnetic field to be observed applied (step S24). Note that the order in which steps S21 to S24 are executed is arbitrary. In steps S21 to S24, the magnetic field to be observed may be zero.

なお、本実施形態では、基準データの取得(ステップS01)の後に観察画像データの取得(ステップS02)が行われているが、順序は逆でもよい。   In this embodiment, observation image data is acquired (step S02) after acquisition of reference data (step S01), but the order may be reversed.

ステップS03:
図10を再度に参照して、ステップS01、S02の後、次の4つの画像:X方向成分画像X(X軸方向の磁化成分の画像)、Y方向成分画像Y(Y軸方向の磁化成分の画像)、X軸方向の観察から得られたZ方向成分画像Zx(Z軸方向の磁化成分の画像)、及び、Y軸方向の観察から得られたZ方向成分画像Zyが演算処理によって算出される。
Step S03:
Referring to FIG. 10 again, after steps S01 and S02, the next four images: X-direction component image X (X-axis direction magnetization component image), Y-direction component image Y (Y-axis direction magnetization component) Image), Z-direction component image Zx (image of magnetization component in Z-axis direction) obtained from observation in the X-axis direction, and Z-direction component image Zy obtained from observation in Y-axis direction are calculated by arithmetic processing. Is done.

図13はX方向成分画像Xを算出する演算処理を示す図であり、図14はY方向成分画像Yを算出する演算処理を示す図であり、図15Aは、X方向の観察から得られた撮像画像からZ方向成分画像を算出する演算処理を示す図であり、図15Bは、Y方向の観察から得られた撮像画像からZ方向成分画像を算出する演算処理を示す図である。   FIG. 13 is a diagram showing an arithmetic process for calculating the X direction component image X, FIG. 14 is a diagram showing an arithmetic process for calculating the Y direction component image Y, and FIG. 15A is obtained from observation in the X direction. FIG. 15B is a diagram illustrating calculation processing for calculating a Z-direction component image from a captured image obtained from observation in the Y direction.

図13に図示されているように、「X軸の正方向に観察」して得られたX方向観察画像XFと飽和磁界印加画像XFPSとの差分画像(「左から入射」画像に相当)が算出され、更に、「X軸の負方向に観察」して得られたX方向観察画像XRと飽和磁界印加画像XRPSとの差分画像(「右から入射」画像に相当)が算出される。更に、これら2つの差分画像XF−XFPS、XR−XRPSの差分画像(XF−XFPS)−(XR−XRPS)が、X方向成分画像Xとして算出される。 As shown in FIG. 13, the difference image (corresponding to the “incident from the left” image) between the X direction observation image XF and the saturation magnetic field application image XF PS obtained by “observing in the positive direction of the X axis”. Further, a difference image (corresponding to an “incident from right” image) between the X direction observation image XR obtained by “observing in the negative direction of the X axis” and the saturation magnetic field application image XR PS is calculated. . Further, a difference image (XF-XF PS ) − (XR-XR PS ) of these two difference images XF-XF PS and XR-XR PS is calculated as an X-direction component image X.

同様に、図14に図示されているように、「Y軸の正方向に観察」して得られたY方向観察画像YFと飽和磁界印加画像YFPSとの差分画像(「前方から入射」画像に相当)が算出され、更に、「Y軸の負方向に観察」して得られたY方向観察画像YRと飽和磁界印加画像YRPSとの差分画像(「後方から入射」画像に相当)が算出される。更に、これら2つの差分画像YF−YFPS、YR−YRPSの差分画像(YF−YFPS)−(YR−YRPS)が、Y方向成分画像Yとして算出される。 Similarly, as shown in FIG. 14, a difference image (“incident from the front” image) between the Y direction observation image YF and the saturation magnetic field application image YF PS obtained by “observing in the positive direction of the Y axis”. Further, a difference image (corresponding to an “incident from behind” image) between the Y direction observation image YR and the saturation magnetic field application image YR PS obtained by “observing in the negative direction of the Y axis” is calculated. Calculated. Further, a difference image (YF-YF PS ) − (YR-YR PS ) of these two difference images YF-YF PS and YR-YR PS is calculated as a Y-direction component image Y.

更に、図15Aに図示されているように、「X軸の正方向に観察」して得られたX方向観察画像XFと飽和磁界印加画像XFPSとの差分画像XF−XFPS(「左から入射」画像に相当)と、「X軸の負方向に観察」して得られたX方向観察画像XRと飽和磁界印加画像XRPSとの差分画像XR−XRPS(「右から入射」画像に相当)との加算画像(XF−XFPS)+(XR−XRPS)が、Z方向成分画像Zxとして算出される。 Further, as shown in FIG. 15A, a difference image XF-XF PS (from the left side) between the X direction observation image XF obtained by “observing in the positive direction of the X axis” and the saturation magnetic field application image XF PS. Equivalent to an “incident” image) and a difference image XR-XR PS (“incident from right” image) between an X-direction observation image XR obtained by “observing in the negative X-axis direction” and a saturation magnetic field application image XR PS (XF−XF PS ) + (XR−XR PS ) is calculated as the Z direction component image Zx.

更に、図15Bに図示されているように、「Y軸の正方向に観察」して得られたY方向観察画像YFと飽和磁界印加画像YFPSとの差分画像YF−YFPS(「前方から入射」画像に相当)と、「Y軸の負方向に観察」して得られたY方向観察画像YRと飽和磁界印加画像YRPSとの差分画像YR−YRPS(「後方から入射」画像に相当)との加算画像(YF−YFPS)+(YR−YRPS)が、Z方向成分画像Zyとして算出される。 Further, as shown in FIG. 15B, a difference image YF-YF PS (from the front) between the Y-direction observation image YF obtained by “observing in the positive direction of the Y-axis” and the saturation magnetic field application image YF PS. Equivalent ”image) and a difference image YR-YR PS (“ incident from behind ”image) between the Y direction observation image YR obtained by“ observing in the negative Y-axis direction ”and the saturation magnetic field application image YR PS (YF−YF PS ) + (YR−YR PS ) is calculated as the Z-direction component image Zy.

また、これら2つのZ方向成分画像Zx、Zyの平均の画像(Zx+Zy)/2が平均化Z方向成分画像Zavgとして算出される。   Further, an average image (Zx + Zy) / 2 of these two Z direction component images Zx and Zy is calculated as an averaged Z direction component image Zavg.

以上をまとめると、X方向成分画像X、Y方向成分画像Y、Z方向成分画像Zx、Zy、平均化Z方向成分画像Zavgは、下記式で表わされる:
X=(XF−XFPS)−(XR−XRPS) ・・・(5a)
Y=(YF−YFPS)−(YR−YRPS) ・・・(5b)
Zx=(XF−XFPS)+(XR−XRPS) ・・・(5c)
Zy=(YF−YFPS)+(YR−YRPS) ・・・(5d)
Zavg=(Zx+Zy)/2 ・・・(5e)
In summary, the X-direction component image X, the Y-direction component image Y, the Z-direction component images Zx and Zy, and the averaged Z-direction component image Zavg are expressed by the following equations:
X = (XF-XF PS ) − (XR-XR PS ) (5a)
Y = (YF-YF PS) - (YR-YR PS) ··· (5b)
Zx = (XF−XF PS ) + (XR−XR PS ) (5c)
Zy = (YF−YF PS ) + (YR−YR PS ) (5d)
Zavg = (Zx + Zy) / 2 (5e)

上記の演算処理によるX方向成分画像Xの算出では、飽和像として、X軸の正方向に磁界を印加して試料Sを飽和させた状態で得られた飽和磁界印加画像XFPS及び飽和磁界印加画像XRPSのみが使用されているが、これらに加えて、X軸の負方向に磁界を印加して試料Sを飽和させた状態で得られた飽和磁界印加画像XFMS及び飽和磁界印加画像XFMSを使用してもよい。この場合、「X軸の正方向に観察」して得られたX方向観察画像XFと、飽和磁界印加画像XFPSと飽和磁界印加画像XFMSの平均画像との差分画像XF−(XFPS+XFMS)/2が算出される。同様に、「X軸の負方向に観察」して得られたX方向観察画像XRと、飽和磁界印加画像XRPSと飽和磁界印加画像XRMSの平均画像との差分画像XR−(XRPS+XRMS)/2が算出される。更に、これら2つの差分画像の差分画像{XF−(XFPS+XFMS)/2}−{XR−(XRPS+XRMS)/2}が、X方向成分画像Xとして算出される。 In the calculation of the X-direction component image X by the above arithmetic processing, the saturation magnetic field application image XF PS and the saturation magnetic field application obtained as a saturated image in a state in which the sample S is saturated by applying a magnetic field in the positive direction of the X axis. Only the image XR PS is used, but in addition to this, a saturation magnetic field application image XF MS and a saturation magnetic field application image XF obtained by applying a magnetic field in the negative direction of the X axis to saturate the sample S. MS may be used. In this case, the difference image XF− (XF PS + XF) between the X direction observation image XF obtained by “observing in the positive direction of the X axis” and the average image of the saturation magnetic field application image XF PS and the saturation magnetic field application image XF MS. MS ) / 2 is calculated. Similarly, the difference image XR− (XR PS + XR) between the X direction observation image XR obtained by “observing in the negative direction of the X axis” and the average image of the saturation magnetic field application image XR PS and the saturation magnetic field application image XR MS. MS ) / 2 is calculated. Further, a difference image {XF− (XF PS + XF MS ) / 2} − {XR− (XR PS + XR MS ) / 2} of these two difference images is calculated as the X direction component image X.

同様に、Y方向成分画像Yの算出において、Y軸の正方向に磁界を印加して試料Sを飽和させた状態で得られた飽和磁界印加画像YFPS、飽和磁界印加画像YRPSに加え、Y軸の負方向に磁界を印加して試料Sを飽和させた状態で得られた飽和磁界印加画像YFMS、飽和磁界印加画像YRMSを使用してもよい。この場合、「Y軸の正方向に観察」して得られたY方向観察画像YFと、飽和磁界印加画像YFPSと飽和磁界印加画像YFMSの平均画像との差分画像YF−(YFPS+YFMS)/2が算出される。同様に、「Y軸の負方向に観察」して得られたY方向観察画像YRと、飽和磁界印加画像YRPSと飽和磁界印加画像YRMSの平均画像との差分画像YR−(YRPS+YRMS)/2が算出される。更に、これら2つの差分画像の差分画像{YF−(YFPS+YFMS)/2}−{YR−(YRPS+YRMS)/2}が、Y方向成分画像Yとして算出される。 Similarly, in the calculation of the Y-direction component image Y, in addition to the saturation magnetic field application image YF PS and the saturation magnetic field application image YR PS obtained by applying a magnetic field in the positive direction of the Y axis and saturating the sample S, A saturated magnetic field application image YF MS and a saturated magnetic field application image YR MS obtained in a state where the sample S is saturated by applying a magnetic field in the negative direction of the Y axis may be used. In this case, the difference image YF− (YF PS + YF) between the Y direction observation image YF obtained by “observing in the positive direction of the Y axis” and the average image of the saturation magnetic field application image YF PS and the saturation magnetic field application image YF MS. MS ) / 2 is calculated. Similarly, the difference image YR− (YR PS + YR) between the Y direction observation image YR obtained by “observing in the negative direction of the Y axis” and the average image of the saturation magnetic field application image YR PS and the saturation magnetic field application image YR MS. MS ) / 2 is calculated. Further, a difference image {YF− (YF PS + YF MS ) / 2} − {YR− (YR PS + YR MS ) / 2} of these two difference images is calculated as the Y direction component image Y.

この場合、Z方向成分画像Zxは、加算画像{XF−(XFPS+XFMS)/2}+{XR−(XRPS+XRMS)/2}として算出され、Z方向成分画像Zyは、加算画像{YF−(YFPS+YFMS)/2}+{YR−(YRPS+YRMS)/2}として算出される。また、これら2つのZ方向成分画像Zx、Zyの平均の画像(Zx+Zy)/2が平均化Z方向成分画像Zavgとして算出される。 In this case, the Z direction component image Zx is calculated as an addition image {XF− (XF PS + XF MS ) / 2} + {XR− (XR PS + XR MS ) / 2}, and the Z direction component image Zy is an addition image. is calculated as {YF- (YF PS + YF MS ) / 2} + {YR- (YR PS + YR MS) / 2}. Further, an average image (Zx + Zy) / 2 of these two Z direction component images Zx and Zy is calculated as an averaged Z direction component image Zavg.

以上をまとめると、X方向成分画像X、Y方向成分画像Y、Z方向成分画像Zx、Zy、平均化Z方向成分画像Zavgは、下記式で算出してもよい:
X={XF−(XFPS+XFMS)/2}−{XR−(XRPS+XRMS)/2}
・・・(6a)
Y={YF−(YFPS+YFMS)/2}−{YR−(YRPS+YRMS)/2}
・・・(6b)
Zx={XF−(XFPS+XFMS)/2}+{XR−(XRPS+XRMS)/2}
・・・(6c)
Zy={YF−(YFPS+YFMS)/2}+{YR−(YRPS+YRMS)/2}
・・・(6d)
Zavg=(Zx+Zy)/2 ・・・(6e)
In summary, the X-direction component image X, the Y-direction component image Y, the Z-direction component images Zx and Zy, and the averaged Z-direction component image Zavg may be calculated by the following equations:
X = {XF- (XF PS + XF MS ) / 2}-{XR- (XR PS + XR MS ) / 2}
... (6a)
Y = {YF- (YF PS + YF MS) / 2} - {YR- (YR PS + YR MS) / 2}
... (6b)
Zx = {XF- (XF PS + XF MS ) / 2} + {XR- (XR PS + XR MS ) / 2}
... (6c)
Zy = {YF- (YF PS + YF MS) / 2} + {YR- (YR PS + YR MS) / 2}
... (6d)
Zavg = (Zx + Zy) / 2 (6e)

算出されたX方向成分画像X、Y方向成分画像Y、Z方向成分画像Zx、Zy、平均化Z方向成分画像Zavgを表示装置5で表示することで、試料Sの磁化状態を視覚的に観察することができる。   The calculated X-direction component image X, Y-direction component image Y, Z-direction component images Zx, Zy, and averaged Z-direction component image Zavg are displayed on the display device 5 so that the magnetization state of the sample S can be visually observed. can do.

ステップS04:
更に、図10に示されているように、試料Sの各位置における磁化方向が算出される。試料Sの各位置における磁化方向の算出においては、X軸方向の磁化成分の画像の輝度データを試料Sを飽和させた場合の輝度データで規格化することでX規格化データxNRMが算出され、更に、Y軸方向の磁化成分の画像の輝度データを試料Sを飽和させた場合の輝度データで規格化することでY規格化データyNRMが算出される。具体的には、X規格化データxNRM、Y規格化データyNRMは、次式で算出される:
ここで、ABSは、絶対値を示している。
Step S04:
Further, as shown in FIG. 10, the magnetization direction at each position of the sample S is calculated. In the calculation of the magnetization direction at each position of the sample S, the X normalized data x NRM is calculated by normalizing the luminance data of the image of the magnetization component in the X-axis direction with the luminance data when the sample S is saturated. Further, the Y normalized data y NRM is calculated by normalizing the luminance data of the image of the magnetization component in the Y-axis direction with the luminance data when the sample S is saturated. Specifically, the X normalized data x NRM and the Y normalized data y NRM are calculated by the following equations:
Here, ABS indicates an absolute value.

図16は、式(7a)、(7b)によって得られたX規格化データxNRM、Y規格化データyNRMが、式(4)のMx/M、My/Mに相当する値であることを説明する図である。式(7a)の導出においては、「X軸の正方向に観察」及び「X軸の負方向に観察」によって得られた画像の輝度がMx/Mに対して線形に変化するという近似がなされている。この近似は、Mx/Mに対して偏光面の回転角は概ね線形に変化し、また、画像の輝度データが偏光面の回転角に概ね線形に変化することに依拠している。X軸の正方向に試料を飽和させる磁界を印加したときの「X軸の正方向に観察」から得られた飽和磁界印加画像XFPSは、Mx/M=1.0の場合の画像であり、X軸の負方向に試料を飽和させる磁界を印加したときの「X軸の正方向に観察」から得られた飽和磁界印加画像XFMSは、Mx/M=−1.0の場合の画像と考えてよいから、「X軸の正方向に観察」して得られたX方向観察画像XFの輝度データの値に対応するMx/Mの値(Mx/M)は、下記式(7c)で与えられる:
FIG. 16 shows that the X normalized data x NRM and Y normalized data y NRM obtained by the equations (7a) and (7b) are values corresponding to Mx / M and My / M in the equation (4). FIG. In the derivation of Equation (7a), an approximation is made that the luminance of the image obtained by “observation in the positive direction of the X axis” and “observation in the negative direction of the X axis” changes linearly with respect to Mx / M. ing. This approximation relies on the fact that the rotation angle of the polarization plane changes approximately linearly with respect to Mx / M, and the luminance data of the image changes approximately linearly with the rotation angle of the polarization plane. The saturation magnetic field application image XF PS obtained from “observation in the positive direction of the X axis” when applying a magnetic field that saturates the sample in the positive direction of the X axis is an image in the case of Mx / M = 1.0. The saturation magnetic field application image XF MS obtained from “observation in the positive direction of the X axis” when applying a magnetic field that saturates the sample in the negative direction of the X axis is an image in the case of Mx / M = −1.0. Therefore, the value of Mx / M (Mx / M) F corresponding to the value of the luminance data of the X direction observation image XF obtained by “observing in the positive direction of the X axis” is expressed by the following formula (7c ) Is given by:

同様に、X軸の正方向に試料を飽和させる磁界を印加したときの「X軸の負方向に観察」から得られた飽和磁界印加画像XRPSは、Mx/M=1.0の場合の画像であり、X軸の負方向に試料を飽和させる磁界を印加したときの「X軸の負方向に観察」から得られた飽和磁界印加画像XRMSは、Mx/M=−1.0の場合の画像と考えてよいから、「X軸の負方向に観察」して得られたX方向観察画像XRの輝度データの値にMx/Mの値(Mx/M)は、下記式(7d)で与えられる:
Similarly, the saturation magnetic field application image XR PS obtained from “observation in the negative X-axis direction” when applying a magnetic field that saturates the sample in the positive X-axis direction is obtained when Mx / M = 1.0. The saturation magnetic field application image XR MS obtained from “observation in the negative X-axis direction” when applying a magnetic field that saturates the sample in the negative X-axis direction is Mx / M = −1.0. Therefore, the value of Mx / M (Mx / M) R in the luminance data value of the X direction observation image XR obtained by “observing in the negative direction of the X axis” is represented by the following formula ( Given in 7d):

X規格化データxNRMは、式(7c)で得られる(Mx/M)と式(7d)で得られる(Mx/M)の平均値として算出されている。 The X normalized data x NRM is calculated as an average value of (Mx / M) F obtained by Expression (7c) and (Mx / M) R obtained by Expression (7d).

同様に、Y規格化データyNRMは、「Y軸の正方向に観察」「Y軸の負方向に観察」によって得られた画像の輝度がMy/Mに対して線形に変化するという近似に基づいて次式(7e)、(7f)で得られる(My/M)、(My/M)の平均値として算出されている:
Similarly, the Y normalized data y NRM approximates that the luminance of the image obtained by “observation in the positive direction of the Y axis” and “observation in the negative direction of the Y axis” changes linearly with respect to My / M. Based on the following average values of (My / M) F and (My / M) R obtained by the following formulas (7e) and (7f):

更に、Z規格化データzNRMが、上記の式(4)に対応する次式(8):
によって算出される。X規格化データxNRM、Y規格化データyNRMが、それぞれ、式(4)のMx/M、My/Mに相当する値であるから、Z規格化データzNRMは、Mz/Mに相当する値である。式(8)で得られるZ規格化データzNRMには正負の不定性があるが、Z規格化データzNRMの正負は、Z軸方向の磁化成分の画像の明暗から判別することができる。
Further, the Z normalized data z NRM is expressed by the following equation (8) corresponding to the above equation (4):
Is calculated by Since the X normalized data x NRM and the Y normalized data y NRM are values corresponding to Mx / M and My / M in Equation (4), respectively, the Z normalized data z NRM is equivalent to Mz / M. The value to be Although the Z normalized data z NRM obtained by Expression (8) has positive / negative indefiniteness, the positive / negative of the Z normalized data z NRM can be determined from the brightness of the image of the magnetization component in the Z-axis direction.

以上の演算により、試料Sの各位置の磁化方向の単位ベクトルMNRMが、下記式:
NRM=(xNRM,yNRM,zNRM) ・・・(9)
として得られたことになる。
By the above calculation, the unit vector M NRM of the magnetization direction at each position of the sample S is expressed by the following formula:
M NRM = (x NRM , y NRM , z NRM ) (9)
It will be obtained as.

(ファラデー媒体を用いた磁気転写)
上述された磁化方向の算出においては、磁性体の磁化によって発現するカー効果による偏光面の回転が利用されているが、ファラデー効果を発現する媒体(ファラデー媒体)を用いた磁気転写を行うことにより、当該媒体の位置における磁界のX軸方向成分、Y軸方向成分、Z軸方向成分の画像を生成し、又は、X軸方向成分、Y軸方向成分、Z軸方向成分の値をそれぞれに算出することができる。
(Magnetic transfer using Faraday media)
In the calculation of the magnetization direction described above, the rotation of the polarization plane due to the Kerr effect that appears due to the magnetization of the magnetic material is used, but by performing magnetic transfer using a medium (Faraday medium) that exhibits the Faraday effect. Generate images of the X-axis component, Y-axis component, and Z-axis component of the magnetic field at the position of the medium, or calculate the values of the X-, Y-, and Z-axis components, respectively. can do.

図17Aは、ファラデー媒体71を用いた磁気転写を説明する図であり、図17Bは、ファラデー媒体71の構造の例を示す斜視図である。図17Bに図示されているように、ファラデー媒体71は、ファラデー効果を示すファラデーガラス72(例えば、FR−5ファラデーガラス)と、ファラデーガラス72に形成された反射膜73とを備えている。ファラデーガラス72の代わりに、Bi:YIG薄膜が表面に形成された透明基板を用いてもよい。この場合には、   FIG. 17A is a diagram for explaining magnetic transfer using the Faraday medium 71, and FIG. 17B is a perspective view showing an example of the structure of the Faraday medium 71. As illustrated in FIG. 17B, the Faraday medium 71 includes a Faraday glass 72 (for example, FR-5 Faraday glass) that exhibits a Faraday effect, and a reflective film 73 formed on the Faraday glass 72. Instead of the Faraday glass 72, a transparent substrate on which a Bi: YIG thin film is formed may be used. In this case,

ある磁界発生源80(例えばコイル)が発生する空間磁界を測定したい場合、磁界を測定したい空間領域にこのファラデー媒体71が配置される。そして、図17Aに示されているように、ファラデー媒体71に対し、上述された4つの観察:「X軸の正方向に観察」「X軸の負方向に観察」「Y軸の正方向に観察」及び「Y軸の負方向に観察」が行われる。入射光は、ファラデーガラス72の反射膜73が形成されている面と反対側の面に入射される。「X軸の正方向に観察」「X軸の負方向に観察」「Y軸の正方向に観察」及び「Y軸の負方向に観察」は、例えば、図7に図示されている磁気特性測定装置によって行われる。   When it is desired to measure a spatial magnetic field generated by a certain magnetic field generation source 80 (for example, a coil), the Faraday medium 71 is arranged in a spatial region where the magnetic field is to be measured. Then, as shown in FIG. 17A, for the Faraday medium 71, the four observations described above: “observation in the positive direction of the X axis” “observation in the negative direction of the X axis” “in the positive direction of the Y axis” “Observation” and “observation in the negative direction of the Y-axis” are performed. Incident light is incident on the surface of the Faraday glass 72 opposite to the surface on which the reflective film 73 is formed. “Observation in the positive direction of the X-axis”, “Observation in the negative direction of the X-axis”, “Observation in the positive direction of the Y-axis” and “Observation in the negative direction of the Y-axis” are, for example, the magnetic characteristics shown in FIG. Performed by the measuring device.

「X軸の正方向に観察」して得られた画像XFと「X軸の負方向に観察」して得られた画像XRの差分画像XF−XRは、磁界のX軸方向成分の画像であり、画像XF、XRの加算画像XF+XRは、磁界のZ軸方向成分の画像である。同様に、「Y軸の正方向に観察」して得られた画像YFと「X軸の負方向に観察」して得られた画像YRの差分画像YF−YRは、磁界のY軸方向成分の画像であり、画像YF、YRの加算画像YF+YRは、磁界のZ軸方向成分の画像である。このような手法では、磁界のZ軸方向成分の画像が2つ得られる。ただし、最終的な磁界のZ軸方向成分の画像として、上記の加算画像XF+XR、加算画像YF+YRの平均画像{(XF+XR)+(YF+YR)}/2を用いてもよい。   The difference image XF-XR between the image XF obtained by “observing in the positive direction of the X axis” and the image XR obtained by “observing in the negative direction of the X axis” is an image of the X axis direction component of the magnetic field. Yes, the added image XF + XR of the images XF and XR is an image of the Z-axis direction component of the magnetic field. Similarly, the difference image YF-YR between the image YF obtained by “observing in the positive direction of the Y axis” and the image YR obtained by “observing in the negative direction of the X axis” is the Y-axis direction component of the magnetic field. The added image YF + YR of the images YF and YR is an image of the Z-axis direction component of the magnetic field. In such a method, two images of the Z-axis direction component of the magnetic field are obtained. However, the average image {(XF + XR) + (YF + YR)} / 2 of the addition image XF + XR and the addition image YF + YR may be used as the final image of the Z-axis direction component of the magnetic field.

上述の磁界測定方法によって得られたX軸方向成分の画像の各画素の輝度データは、ファラデー媒体71の対応する位置におけるX軸方向の磁界の大きさに対応している。同様に、Y軸方向成分の画像の各画素の輝度データは、ファラデー媒体71の対応する位置におけるY軸方向の磁界の大きさに対応しており、Z軸方向成分の画像の各画素の輝度データは、ファラデー媒体71の対応する位置におけるZ軸方向の磁界の大きさに対応している。したがって、原理的には、X軸方向成分、Y軸方向成分、及び、Z軸方向成分の画像の各画素の輝度データ(又は、当該輝度データの算出の元になったデータ)から、ファラデー媒体71の各位置における磁界のX軸方向成分、Y軸方向成分、及び、Z軸方向成分の大きさを算出可能である。   The luminance data of each pixel of the X-axis direction component image obtained by the magnetic field measurement method described above corresponds to the magnitude of the magnetic field in the X-axis direction at the corresponding position of the Faraday medium 71. Similarly, the luminance data of each pixel of the Y-axis direction component image corresponds to the magnitude of the magnetic field in the Y-axis direction at the corresponding position of the Faraday medium 71, and the luminance of each pixel of the Z-axis direction component image. The data corresponds to the magnitude of the magnetic field in the Z-axis direction at the corresponding position of the Faraday medium 71. Therefore, in principle, from the brightness data of each pixel of the image of the X-axis direction component, the Y-axis direction component, and the Z-axis direction component (or the data from which the brightness data is calculated), the Faraday medium The magnitudes of the X-axis direction component, the Y-axis direction component, and the Z-axis direction component of the magnetic field at each position 71 can be calculated.

一つの問題は、磁界のZ軸方向成分Hzの実際の大きさと、Z軸方向成分Hzの画像の各画素の輝度データとの間の対応関係と、磁界のX軸方向成分Hx、Y軸方向成分Hyの実際の大きさと、X軸方向成分Hx、Y軸方向成分Hyの画像の各画素の輝度データとの間の対応関係とが相違している点である。例えば、磁界のZ軸方向成分Hzの画像の特定画素の輝度データの値と、磁界のX軸方向成分Hxの画像の当該特定画素の輝度データの値とが同一であっても、Z軸方向成分Hzの大きさと、X軸方向成分Hxの大きさとは同一とは限らない。同様に、磁界のZ軸方向成分Hzの画像の特定画素の輝度データの値と、磁界のY軸方向成分Hyの画像の当該特定画素の輝度データの値とが同一であっても、Z軸方向成分Hzの大きさと、Y軸方向成分Hyの大きさとは同一とは限らない。   One problem is the correspondence between the actual magnitude of the Z-axis direction component Hz of the magnetic field and the luminance data of each pixel of the image of the Z-axis direction component Hz, and the X-axis direction components Hx and Y-axis directions of the magnetic field. The correspondence between the actual size of the component Hy and the luminance data of each pixel of the image of the X-axis direction component Hx and the Y-axis direction component Hy is different. For example, even if the value of the luminance data of the specific pixel of the image having the Z-axis direction component Hz of the magnetic field is the same as the value of the luminance data of the specific pixel of the image having the X-axis direction component Hx of the magnetic field, The magnitude of the component Hz and the magnitude of the X-axis direction component Hx are not necessarily the same. Similarly, even if the value of the luminance data of the specific pixel of the image having the Z-axis direction component Hz of the magnetic field and the value of the luminance data of the specific pixel of the image having the Y-axis direction component Hy of the magnetic field are the same, The magnitude of the direction component Hz and the magnitude of the Y-axis direction component Hy are not necessarily the same.

そこで、本実施形態では、単位磁界に対するX軸方向成分又はY軸方向成分の画像の輝度データと単位磁界に対するZ軸方向成分の画像の輝度データとの対応関係を表わす校正係数kを用いて、特定位置の磁界の各方向の成分が算出される。以下では、校正係数kを求め、更に、その校正係数kを用いて磁界のX軸方向成分Hx、Y軸方向成分Hy、Z軸方向成分Hzを算出する手法について説明する。   Therefore, in the present embodiment, using the calibration coefficient k representing the correspondence between the luminance data of the image of the X-axis direction component or the Y-axis direction component with respect to the unit magnetic field and the luminance data of the image of the Z-axis direction component with respect to the unit magnetic field, A component in each direction of the magnetic field at the specific position is calculated. Hereinafter, a method of obtaining the calibration coefficient k and further calculating the X-axis direction component Hx, the Y-axis direction component Hy, and the Z-axis direction component Hz of the magnetic field using the calibration coefficient k will be described.

図18は、磁界のX軸方向成分Hx、Y軸方向成分Hy、Z軸方向成分Hzを算出する手順を示すフローチャートである。   FIG. 18 is a flowchart showing a procedure for calculating the X-axis direction component Hx, the Y-axis direction component Hy, and the Z-axis direction component Hz of the magnetic field.

ステップS30:
まず、校正係数kの算出が行われる。校正係数kは、事前に、強磁性体で形成された標準試料を用いて算出される。詳細には、まず、当該標準試料に対して、上述された手順(図10のステップS01〜S04)により、X軸方向の磁化成分、Y軸方向の磁化成分及びZ軸方向の磁化成分の画像を得る工程、及び、標準試料の各位置の磁化方向が算出される。上述のように、標準試料の各位置のX規格化データxNRM、Y規格化データyNRMは、上記の式(7a)、(7b)で算出され、Z規格化データzNRMは、上記の式(8)で算出される。また、X軸方向(正方向、負方向)に観察して得られたZ軸方向の磁化成分の画像Zx、Y軸方向(正方向、負方向)に観察して得られたZ軸方向の磁化成分の画像Zyは、及び、平均化されたZ軸方向の磁化成分の画像Zavgは、式(5c)〜(5e)又は、式(6a)〜(6e)で表わされる。
Step S30:
First, the calibration coefficient k is calculated. The calibration coefficient k is calculated in advance using a standard sample formed of a ferromagnetic material. Specifically, first, the image of the magnetization component in the X-axis direction, the magnetization component in the Y-axis direction, and the magnetization component in the Z-axis direction is applied to the standard sample by the procedure described above (steps S01 to S04 in FIG. 10). And the magnetization direction of each position of the standard sample is calculated. As described above, the X normalized data x NRM and the Y normalized data y NRM at each position of the standard sample are calculated by the above equations (7a) and (7b), and the Z normalized data z NRM is Calculated by equation (8). Also, an image Zx of the magnetization component in the Z-axis direction obtained by observing in the X-axis direction (positive direction, negative direction), and the Z-axis direction obtained by observing in the Y-axis direction (positive direction, negative direction). The magnetization component image Zy and the averaged magnetization component image Zavg in the Z-axis direction are expressed by equations (5c) to (5e) or equations (6a) to (6e).

各位置の校正係数kは、当該位置のZ規格化データzNRM及びZ軸方向の磁化成分の画像の輝度データZavgを用いて、下記式(10):
k=zNRM/Zavg ・・・(10)
で算出される。ここで、zNRMは、標準試料のX軸方向の磁化成分の画像、及び、Y軸方向の磁化成分の画像から得られる値であり、Zavgは、標準試料のZ軸方向の磁化成分の画像から得られる値であるから、単位磁界に対するX軸方向成分又はY軸方向成分の画像の輝度データと単位磁界に対するZ軸方向成分の画像の輝度データとの対応関係を表わすことになる。上記の校正係数kは、装置依存のパラメータであり、材料が異なっても、同一位置に置かれた試料については、同一の校正係数kを用いることができることに留意されたい。
The calibration coefficient k at each position is expressed by the following formula (10) using the Z normalized data z NRM at the position and the luminance data Zavg of the magnetization component image in the Z-axis direction:
k = z NRM / Zavg (10)
Is calculated by Here, z NRM is a value obtained from an image of the magnetization component in the X-axis direction and an image of the magnetization component in the Y-axis direction of the standard sample, and Zavg is an image of the magnetization component in the Z-axis direction of the standard sample. Therefore, the correspondence between the luminance data of the X-axis direction component or Y-axis direction component image with respect to the unit magnetic field and the luminance data of the Z-axis direction component image with respect to the unit magnetic field is represented. It should be noted that the above calibration factor k is a device-dependent parameter, and the same calibration factor k can be used for samples placed at the same position even if the materials are different.

ステップS31:
次に、磁界を測定したい位置にファラデー媒体71を配置し、更に、当該ファラデー媒体71に、規定磁界HNRMを印加した場合の画像(規定磁界印加画像)の取得が行われる。本実施形態では、規定磁界HNRMが1.0kOeであるとして説明を行う。なお、規定磁界HNRMの大きさは、適宜に調節可能である。図19は、ステップS31における規定磁界印加画像の取得の詳細を示すフローチャートである。
Step S31:
Next, the Faraday medium 71 is disposed at a position where the magnetic field is desired to be measured, and further, an image (a prescribed magnetic field application image) is obtained when the prescribed magnetic field H NRM is applied to the Faraday medium 71. In the present embodiment, description will be made assuming that the prescribed magnetic field H NRM is 1.0 kOe. Note that the magnitude of the prescribed magnetic field H NRM can be adjusted as appropriate. FIG. 19 is a flowchart showing details of acquisition of the prescribed magnetic field application image in step S31.

まず、X軸の正方向に観察することによって規定磁界印加画像XF+1k、XF−1kが取得される(ステップS41)。ここで、上述されているように、「X軸の正方向に観察」とは、XZ平面に平行な面内にあり、且つ、X軸の正方向の成分を含む入射方向に入射光(図2では、入射光IIN1)を入射して撮像画像を得ることを意味している。ここで、規定磁界印加画像XF+1Kは、4極電磁石装置6によって規定磁界HNRMをファラデー媒体71にX軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、規定磁界印加画像XF−1Kは、規定磁界HNRMをX軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。 First, defined by observing the positive direction of the X-axis magnetic field applying image XF + 1k, XF -1k is acquired (step S41). Here, as described above, “observation in the positive direction of the X axis” means that incident light is incident in an incident direction that is in a plane parallel to the XZ plane and includes a component in the positive direction of the X axis (see FIG. 2 means that incident light I IN1 ) is incident to obtain a captured image. Here, the prescribed magnetic field application image XF + 1K is a captured image obtained by applying the prescribed magnetic field H NRM to the Faraday medium 71 in the positive direction of the X axis by the quadrupole electromagnet device 6, and the prescribed magnetic field application image XF − 1K is a captured image acquired in a state in which the prescribed magnetic field H NRM is applied in the negative direction of the X axis.

更に、X軸の負方向に観察することによって規定磁界印加画像XR+1K、XR−1Kが取得される(ステップS42)。ここで、上述されているように、「X軸の負方向に観察」とは、XZ平面に平行な面内にあり、且つ、X軸の負方向の成分を含む入射方向に入射光(図2では、入射光IIN2)を入射して撮像画像を得ることを意味している。ここで、規定磁界印加画像XR+1Kは、規定磁界HNRMを4極電磁石装置6によってX軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、規定磁界印加画像XR−1Kは、規定磁界HNRMをX軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。 Furthermore, provisions field applying image XR + 1K by observing the negative direction of the X axis, XR -1K is acquired (step S42). Here, as described above, “observation in the negative direction of the X axis” means that incident light is incident in an incident direction that is in a plane parallel to the XZ plane and includes a component in the negative direction of the X axis (see FIG. 2 means that incident light I IN2 ) is incident to obtain a captured image. Here, the prescribed magnetic field application image XR + 1K is a captured image acquired in a state where the prescribed magnetic field H NRM is applied in the positive direction of the X axis by the quadrupole electromagnet device 6, and the prescribed magnetic field application image XR- 1K is defined. It is the captured image acquired in the state which applied the magnetic field HNRM to the negative direction of the X-axis.

更に、Y軸の正方向に観察することによって規定磁界印加画像YF+1K、YF−1Kが取得される(ステップS43)。ここで、「Y軸の正方向に観察」とは、YZ平面に平行な面内にあり、且つ、Y軸の正方向の成分を含む入射方向に入射光を入射して撮像画像を得ることを意味している。また、規定磁界印加画像YF+1Kは、規定磁界HNRMを4極電磁石装置6によってY軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、規定磁界印加画像YF−1Kは、規定磁界HNRMをY軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。 Furthermore, provisions field applying image YF + 1K, YF -1K is obtained by observing the positive direction of the Y-axis (step S43). Here, “observation in the positive direction of the Y-axis” means that a captured image is obtained by entering incident light in an incident direction that is in a plane parallel to the YZ plane and includes a component in the positive direction of the Y-axis. Means. The prescribed magnetic field application image YF + 1K is a captured image acquired in a state where the prescribed magnetic field H NRM is applied in the positive direction of the Y axis by the quadrupole electromagnet device 6, and the prescribed magnetic field application image YF- 1K is the prescribed magnetic field. It is the captured image acquired in the state which applied HNRM to the negative direction of the Y-axis.

更に、Y軸の負方向に観察することによって規定磁界印加画像YR+1K、YR−1Kが取得される(ステップS44)。ここで、「Y軸の負方向に観察」とは、YZ平面に平行な面内にあり、且つ、Y軸の負方向の成分を含む入射方向に入射光を入射して撮像画像を得ることを意味している。また、規定磁界印加画像YR+1Kは、規定磁界HNRMを4極電磁石装置6によってY軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、規定磁界印加画像YR−1Kは、規定磁界HNRMをY軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。 Furthermore, provisions field applying image YR + 1K by observing the negative direction of the Y-axis, YR -1K is acquired (step S44). Here, “observation in the negative direction of the Y axis” refers to obtaining a captured image by entering incident light in an incident direction that is in a plane parallel to the YZ plane and includes a component in the negative direction of the Y axis. Means. The prescribed magnetic field application image YR + 1K is a captured image acquired in a state where the prescribed magnetic field H NRM is applied in the positive direction of the Y axis by the quadrupole electromagnet device 6, and the prescribed magnetic field application image YR- 1K is the prescribed magnetic field. It is the captured image acquired in the state which applied HNRM to the negative direction of the Y-axis.

なお、ステップS41〜S44が実行される順序は任意である。   Note that the order in which steps S41 to S44 are executed is arbitrary.

ステップS32:
図18を再度に参照して、ステップS31の後、観察画像データ、即ち、ファラデー媒体71に観察対象の磁界を印加した場合の画像の取得が行われる(ステップS32)。図20は、ステップS32における観察画像データの取得の詳細を示すフローチャートである。まず、観察対象の磁界を印加した状態でX軸の正方向に観察することによってX方向観察画像XFMが取得される(ステップS51)。更に、観察対象の磁界を印加した状態でX軸の負方向に観察することによってX方向観察画像XRMが取得される(ステップS52)。更に、観察対象の磁界を印加した状態でY軸の正方向に観察することによってY方向観察画像YFMが取得される(ステップS53)。更に、観察対象の磁界を印加した状態でY軸の負方向に観察することによってY方向観察画像YRMが取得される(ステップS54)。なお、ステップS51〜S54が実行される順序は任意である。
Step S32:
Referring to FIG. 18 again, after step S31, observation image data, that is, an image when a magnetic field to be observed is applied to the Faraday medium 71 is acquired (step S32). FIG. 20 is a flowchart showing details of the observation image data acquisition in step S32. First, an X-direction observation image XFM is acquired by observing in the positive direction of the X axis in a state where a magnetic field to be observed is applied (step S51). Further, the X direction observation image XRM is acquired by observing in the negative direction of the X axis in a state where the magnetic field to be observed is applied (step S52). Furthermore, a Y-direction observation image YFM is acquired by observing in the positive direction of the Y-axis while applying the observation target magnetic field (step S53). Furthermore, a Y-direction observation image YRM is acquired by observing in the negative direction of the Y-axis with the magnetic field to be observed being applied (step S54). Note that the order in which steps S51 to S54 are executed is arbitrary.

なお、本実施形態では、基準データの取得(ステップS31)の後に観察画像データの取得(ステップS32)が行われているが、順序は逆でもよい。   In this embodiment, observation image data acquisition (step S32) is performed after reference data acquisition (step S31), but the order may be reversed.

ステップS33:
図18を再度に参照して、ステップS31、S32の後、次の4つの画像:X方向成分画像XM(磁界のX軸方向成分の画像)、Y方向成分画像YM(磁界のX軸方向成分の画像)、X軸方向の観察から得られたZ方向成分画像ZMx(磁界のZ軸方向成分の画像)、及び、Y軸方向の観察から得られたZ方向成分画像ZMyが演算処理によって算出される(ステップS33)。
Step S33:
Referring to FIG. 18 again, after steps S31 and S32, the next four images: X-direction component image XM (image of X-axis direction component of magnetic field), Y-direction component image YM (X-axis direction component of magnetic field) Image), Z-direction component image ZMx (image of Z-axis direction component of magnetic field) obtained from observation in X-axis direction, and Z-direction component image ZMy obtained from observation in Y-axis direction are calculated by calculation processing (Step S33).

図21はX方向成分画像XMを算出する演算処理を示す図であり、図22はY方向成分画像YMを算出する演算処理を示す図であり、図23Aは、X方向の観察から得られた撮像画像からZ方向成分画像ZMxを算出する演算処理を示す図であり、図23Bは、Y方向の観察から得られた撮像画像からZ方向成分画像ZMyを算出する演算処理を示す図である。   FIG. 21 is a diagram illustrating an arithmetic process for calculating the X-direction component image XM, FIG. 22 is a diagram illustrating an arithmetic process for calculating the Y-direction component image YM, and FIG. 23A is obtained from observation in the X direction. FIG. 23B is a diagram illustrating a calculation process for calculating the Z direction component image ZMx from the captured image, and FIG. 23B is a diagram illustrating a calculation process for calculating the Z direction component image ZMy from the captured image obtained from the observation in the Y direction.

図21に図示されているように、「X軸の正方向に観察」して得られたX方向観察画像XFMと規定磁界印加画像XF+1Kとの差分画像(「左から入射」画像に相当)が算出され、更に、「X軸の負方向に観察」して得られたX方向観察画像XRMと規定磁界印加画像XR+1Kとの差分画像(「右から入射」画像に相当)が算出される。更に、これら2つの差分画像の差分画像(XFM−XF+1K)−(XRM−XR+1K)が、X方向成分画像XMとして算出される。 As shown in FIG. 21, the difference image (corresponding to the “incident from the left” image) between the X direction observation image XFM obtained by “observing in the positive direction of the X axis” and the prescribed magnetic field application image XF + 1K. Further, a difference image (corresponding to an “incident from right” image) between the X direction observation image XRM obtained by “observing in the negative direction of the X axis” and the prescribed magnetic field application image XR + 1K is calculated. . Further, a difference image (XFM−XF + 1K ) − (XRM−XR + 1K ) of these two difference images is calculated as the X direction component image XM.

同様に、図22に図示されているように、「Y軸の正方向に観察」して得られたY方向観察画像YFMと規定磁界印加画像YF+1Kとの差分画像(「前方から入射」画像に相当)が算出され、更に、「Y軸の負方向に観察」して得られたY方向観察画像YRMと規定磁界印加画像YR+1Kとの差分画像(「後方から入射」画像に相当)が算出される。更に、これら2つの差分画像の差分画像(YFM−YF+1K)−(YRM−YR+1K)が、Y方向成分画像YMとして算出される。 Similarly, as shown in FIG. 22, a difference image (“incident from front” image) between the Y direction observation image YFM obtained by “observing in the positive direction of the Y axis” and the prescribed magnetic field application image YF + 1K. Further, a difference image (corresponding to an “incident from behind” image) between the Y direction observation image YRM obtained by “observing in the negative direction of the Y axis” and the prescribed magnetic field application image YR + 1K is obtained. Calculated. Further, a difference image (YFM−YF + 1K ) − (YRM−YR + 1K ) of these two difference images is calculated as the Y direction component image YM.

更に、図23Aに図示されているように、「X軸の正方向に観察」して得られたX方向観察画像XFMと規定磁界印加画像XF+1Kとの差分画像XFM−XF+1K(「左から入射」画像に相当)と、「X軸の負方向に観察」して得られたX方向観察画像XRMと規定磁界印加画像XR+1Kとの差分画像XRM−XR+1K(「右から入射」画像に相当)との加算画像(XFM−XF+1K)+(XRM−XR+1K)が、Z方向成分画像ZMxとして算出される。 Further, as shown in FIG. 23A, a difference image XFM−XF + 1K (“from left to right” between the X direction observation image XFM obtained by “observing in the positive direction of the X axis” and the prescribed magnetic field application image XF + 1K. and equivalent) to the incident "image, the" difference image XRM-XR + 1K ( "incident from the right and negative to the observation" and X-direction observation image XRM obtained prescribed field applying image XR + 1K of X-axis "images (XFM-XF + 1K ) + (XRM-XR + 1K ) is calculated as the Z-direction component image ZMx.

更に、図23Bに図示されているように、「Y軸の正方向に観察」して得られたY方向観察画像YFMと規定磁界印加画像YF+1Kとの差分画像YFM−YF+1K(「前方から入射」画像に相当)と、「Y軸の負方向に観察」して得られたY方向観察画像YRMと規定磁界印加画像YR+1Kとの差分画像YRM−YR+1K(「後方から入射」画像に相当)との加算画像(YFM−YF+1K)+(YRM−YR+1K)が、Z方向成分画像ZMyとして算出される。 Further, as shown in FIG. 23B, a difference image YFM−YF + 1K (“from the front” between the Y direction observation image YFM obtained by “observing in the positive direction of the Y axis” and the prescribed magnetic field application image YF + 1K. and equivalent) to the incident "image, the" incident from the difference image YRM-YR + 1K ( "behind the negative direction observation" and Y-direction observation image YRM obtained prescribed field applying image YR + 1K of Y-axis "images Equivalent image) (YFM-YF + 1K ) + (YRM-YR + 1K ) is calculated as the Z-direction component image ZMy.

また、これら2つのZ方向成分画像ZMx、ZMyの平均の画像(ZMx+ZMy)/2が平均化Z方向成分画像ZMavgとして算出される。   Further, an average image (ZMx + ZMy) / 2 of these two Z direction component images ZMx and ZMy is calculated as an averaged Z direction component image ZMavg.

以上をまとめると、X方向成分画像XM、Y方向成分画像YM、Z方向成分画像ZMx、ZMy、平均化Z方向成分画像ZMavgは、下記式で表わされる:
XM=(XFM−XF+1K)−(XRM−XR+1K) ・・・(11a)
YM=(YFM−YF+1K)−(YRM−YR+1K) ・・・(11b)
ZMx=(XFM−XF+1K)+(XRM−XR+1K) ・・・(11c)
ZMy=(YFM−YF+1K)+(YRM−YR+1K) ・・・(11d)
ZMavg=(ZMx+ZMy)/2 ・・・(11e)
In summary, the X-direction component image XM, the Y-direction component image YM, the Z-direction component images ZMx and ZMy, and the averaged Z-direction component image ZMavg are expressed by the following equations:
XM = (XFM-XF + 1K )-(XRM-XR + 1K ) (11a)
YM = (YFM-YF + 1K )-(YRM-YR + 1K ) (11b)
ZMx = (XFM-XF + 1K ) + (XRM-XR + 1K ) (11c)
ZMy = (YFM-YF + 1K ) + (YRM-YR + 1K ) (11d)
ZMavg = (ZMx + ZMy) / 2 (11e)

上記の演算処理によるX方向成分画像XMの算出では、X軸の正方向に規定磁界を印加した状態で得られた規定磁界印加画像XF+1K及び規定磁界印加画像XR+1Kのみが使用されているが、これらに加えて、X軸の負方向に磁界を印加して試料Sを飽和させた状態で得られた規定磁界印加画像XF−1K及び規定磁界印加画像XR−1Kを使用してもよい。この場合、「X軸の正方向に観察」して得られたX方向観察画像XFMと、規定磁界印加画像XF+1Kと規定磁界印加画像XF−1Kの平均画像との差分画像XFM−(XF+1K+XF−1K)/2が算出される。同様に、「X軸の負方向に観察」して得られたX方向観察画像XRMと、規定磁界印加画像XR+1Kと規定磁界印加画像XR−1Kの平均画像との差分画像XRM−(XR+1K+XR−1K)/2が算出される。更に、これら2つの差分画像の差分画像{XFM−(XF+1K+XF−1K)/2}−{XRM−(XR+1K+XR−1K)/2}が、X方向成分画像Xとして算出される。 In the calculation of the X-direction component image XM by the above arithmetic processing, only the prescribed magnetic field application image XF + 1K and the prescribed magnetic field application image XR + 1K obtained in a state where the prescribed magnetic field is applied in the positive direction of the X axis are used. In addition to these, the prescribed magnetic field application image XF- 1K and the prescribed magnetic field application image XR- 1K obtained in a state where the sample S is saturated by applying a magnetic field in the negative direction of the X axis may be used. In this case, the "X-axis in the positive direction to the observation" obtained was X-direction observation image XFM, difference image XFM- (XF + 1K and the average image of defined magnetic field applying image XF + 1K the prescribed field applying image XF -1K + XF- 1K ) / 2 is calculated. Similarly, the X-direction observation image XRM obtained by "observed in the negative direction of the X axis", the differential image XRM- (XR + 1K of the prescribed field applying image XR + 1K and the average image of defined magnetic field applying image XR -1K + XR- 1K ) / 2 is calculated. Furthermore, these difference images of two difference images {XFM- (XF + 1K + XF -1K) / 2} - are {XRM- (XR + 1K + XR -1K) / 2}, is calculated as the X-direction component image X.

同様に、Y方向成分画像Yの算出において、Y軸の正方向に規定磁界を印加した状態で得られた規定磁界印加画像YF+1K、規定磁界印加画像YF+1Kに加え、Y軸の負方向に規定磁界を印加した状態で得られた規定磁界印加画像YF−1K、規定磁界印加画像YR−1Kを使用してもよい。この場合、「Y軸の正方向に観察」して得られたY方向観察画像YFMと、規定磁界印加画像YF+1Kと規定磁界印加画像YF−1Kの平均画像との差分画像YFM−(YF+1K+YF−1K)/2が算出される。同様に、「Y軸の負方向に観察」して得られたY方向観察画像YRMと、規定磁界印加画像YR+1Kと規定磁界印加画像YR−1Kの平均画像との差分画像YRM−(YR+1K+YR−1K)/2が算出される。更に、これら2つの差分画像の差分画像{YFM−(YF+1K+YF−1K)/2}−{YRM−(YR+1K+YR−1K)/2}が、Y方向成分画像YMとして算出される。 Similarly, in the calculation of the Y-direction component image Y, in addition to the prescribed magnetic field application image YF + 1K and the prescribed magnetic field application image YF + 1K obtained with the prescribed magnetic field applied in the positive direction of the Y axis, A prescribed magnetic field application image YF −1K and a prescribed magnetic field application image YR −1K obtained in a state where a prescribed magnetic field is applied may be used. In this case, the "Y-axis in the positive direction to the observation" obtained was Y-direction observation image YFM, the difference image YFM- (YF + 1K and the average image of the prescribed field applying image YF + 1K defined field applying image YF -1K + YF- 1K ) / 2 is calculated. Similarly, the Y-direction observation image YRM obtained by "observed in the negative direction of the Y-axis", the differential image YRM- (YR + 1K of the prescribed field applying image YR + 1K and the average image of defined magnetic field applying image YR -1K + YR- 1K ) / 2 is calculated. Furthermore, these difference images of two difference images {YFM- (YF + 1K + YF -1K) / 2} - are {YRM- (YR + 1K + YR -1K) / 2}, is calculated as the Y-direction component image YM.

この場合、Z方向成分画像ZMxは、加算画像{XFM−(XF+1K+XF−1K)/2}+{XRM−(XR+1K+XR−1K)/2}として算出され、Z方向成分画像ZMyは、加算画像{YFM−(YF+1K+YF−1K)/2}+{YRM−(YR+1K+YR−1K)/2}として算出される。また、これら2つのZ方向成分画像ZMx、ZMyの平均の画像(ZMx+ZMy)/2が平均化Z方向成分画像ZMavgとして算出される。 In this case, Z-direction component image ZMx is calculated as an addition image {XFM- (XF + 1K + XF -1K) / 2} + {XRM- (XR + 1K + XR -1K) / 2}, Z -direction component image ZMy is added is calculated as an image {YFM- (YF + 1K + YF -1K) / 2} + {YRM- (YR + 1K + YR -1K) / 2}. Further, an average image (ZMx + ZMy) / 2 of these two Z direction component images ZMx and ZMy is calculated as an averaged Z direction component image ZMavg.

以上をまとめると、X方向成分画像XM、Y方向成分画像YM、Z方向成分画像ZMx、ZMy、平均化Z方向成分画像ZMavgは、下記式で算出してもよい:
XM={XFM−(XFPS+XFMS)/2}−{XRM−(XRPS+XRMS)/2}
・・・(12a)
YM={YFM−(YFPS+YFMS)/2}−{YRM−(YRPS+YRMS)/2}
・・・(12b)
ZMx={XFM−(XFPS+XFMS)/2}+{XRM−(XRPS+XRMS)/2}
・・・(12c)
ZMy={YFM−(YFPS+YFMS)/2}+{YRM−(YRPS+YRMS)/2}
・・・(12d)
ZMavg=(ZMx+ZMy)/2 ・・・(12e)
In summary, the X-direction component image XM, the Y-direction component image YM, the Z-direction component images ZMx and ZMy, and the averaged Z-direction component image ZMavg may be calculated by the following equations:
XM = {XFM- (XF PS + XF MS ) / 2}-{XRM- (XR PS + XR MS ) / 2}
... (12a)
YM = {YFM- (YF PS + YF MS ) / 2}-{YRM- (YR PS + YR MS ) / 2}
... (12b)
ZMx = {XFM- (XF PS + XF MS ) / 2} + {XRM- (XR PS + XR MS ) / 2}
... (12c)
ZMy = {YFM- (YF PS + YF MS) / 2} + {YRM- (YR PS + YR MS) / 2}
... (12d)
ZMavg = (ZMx + ZMy) / 2 (12e)

算出されたX方向成分画像XM、Y方向成分画像YM、Z方向成分画像ZMx、ZMy、平均化Z方向成分画像ZMavgを表示装置5で表示することで、磁界のX軸方向成分、Y軸方向成分及びZ軸方向成分を視覚的に観察することができる。   By displaying the calculated X-direction component image XM, Y-direction component image YM, Z-direction component images ZMx, ZMy, and averaged Z-direction component image ZMavg on the display device 5, the X-axis direction component of the magnetic field, the Y-axis direction The component and the Z-axis direction component can be visually observed.

更に、図18に示されているように、磁界のX軸方向成分、Y軸方向成分、及びZ軸方向成分が算出される(ステップS34)。具体的には、各位置の磁界のX軸方向の成分に対応するX規格化データXNRMと、Y方向の成分に対応するY規格化データYNRMとが、次式で算出される:
ここで、上記の式(13a)、(13b)では、X規格化データXNRM及びY規格化データYNRMが規定磁界HNRM(本実施形態では1kOe)で規格化されているので、X規格化データXNRM及びY規格化データYNRMは、そのまま、kOe単位の磁界として算出される。
Further, as shown in FIG. 18, the X-axis direction component, the Y-axis direction component, and the Z-axis direction component of the magnetic field are calculated (step S34). Specifically, X normalized data X NRM corresponding to the X-axis direction component of the magnetic field at each position and Y normalized data Y NRM corresponding to the Y-direction component are calculated by the following equations:
Here, the equation (13a), in (13b), since X normalized data X NRM and Y normalized data Y NRM provisions magnetic field H NRM (in the present embodiment 1 kOe) is standardized, the X standard The normalized data X NRM and the Y normalized data Y NRM are calculated as magnetic fields in units of kOe as they are.

図24は、式(13a)、(13b)によって得られたX規格化データXNRM、Y規格化データYNRMが、規定磁界HNRMで規格化されていることを説明する図である。式(13a)の導出においては、「X軸の正方向に観察」及び「X軸の負方向に観察」によって得られた画像の輝度がHx/HNRMに対して線形に変化するという近似がなされている。ここで、Hxは、磁界のX軸方向成分である。この近似は、Hx/HNRMに対して偏光面の回転角は概ね線形に変化し、また、画像の輝度データが偏光面の回転角に概ね線形に変化することに依拠している。X軸の正方向に規定磁界HNRMを印加したときの「X軸の正方向に観察」から得られた規定磁界印加画像XF+1kは、Hx/HNRM=1.0の場合の画像であり、X軸の負方向に規定磁界HNRMを印加したときの「X軸の正方向に観察」から得られた規定磁界印加画像XF−1kの輝度データは、Hx/HNRM=−1.0の場合の画像と考えてよいから、「X軸の正方向に観察」して得られたX方向観察画像XFMの輝度データの値に対応するHx/HNRMの値(Hx/HNRMは、下記式(13c)で与えられる:
FIG. 24 is a diagram for explaining that the X normalized data X NRM and the Y normalized data Y NRM obtained by the equations (13a) and (13b) are normalized by the specified magnetic field H NRM . In the derivation of the expression (13a), an approximation that the luminance of the image obtained by “observation in the positive direction of the X axis” and “observation in the negative direction of the X axis” changes linearly with respect to Hx / H NRM is an approximation. Has been made. Here, Hx is the X-axis direction component of the magnetic field. This approximation relies on the fact that the rotation angle of the polarization plane changes approximately linearly with respect to Hx / H NRM , and the luminance data of the image changes approximately linearly with the rotation angle of the polarization plane. The prescribed magnetic field application image XF + 1k obtained from “observation in the positive direction of the X axis” when the prescribed magnetic field H NRM is applied in the positive direction of the X axis is an image in the case of Hx / H NRM = 1.0. The luminance data of the prescribed magnetic field application image XF −1k obtained from “observation in the positive direction of the X axis” when the prescribed magnetic field H NRM is applied in the negative direction of the X axis is Hx / H NRM = −1.0. Therefore, the value of Hx / H NRM (Hx / H NRM ) F corresponding to the luminance data value of the X direction observation image XFM obtained by “observing in the positive direction of the X axis”. Is given by the following equation (13c):

同様に、X軸の正方向に規定磁界HNRMを印加したときの「X軸の負方向に観察」から得られた規定磁界印加画像XR+1kは、Hx/HNRM=1.0の場合の画像であり、X軸の負方向に規定磁界HNRMを印加したときの「X軸の負方向に観察」から得られた規定磁界印加画像XR−1kの輝度データは、Hx/HNRM=−1.0の場合の画像と考えてよいから、「X軸の負方向に観察」して得られたX方向観察画像XRMの輝度データの値に対応するHy/HNRMの値(Hy/HNRMは、下記式(13d)で与えられる:
Similarly, the prescribed magnetic field application image XR + 1k obtained from “observation in the negative X-axis direction” when the prescribed magnetic field H NRM is applied in the positive direction of the X-axis is obtained when Hx / H NRM = 1.0. The luminance data of the prescribed magnetic field application image XR −1k obtained from “observation in the negative direction of the X axis” when the prescribed magnetic field H NRM is applied in the negative direction of the X axis is Hx / H NRM = − Since it may be considered that the image is 1.0, the Hy / H NRM value (Hy / H) corresponding to the luminance data value of the X direction observation image XRM obtained by “observing in the negative direction of the X axis” NRM ) R is given by the following formula (13d):

X規格化データXNRMは、式(13c)で得られる(Hx/HNRMと式(13d)で得られる(Hy/HNRMの平均値として算出されている。 The X normalized data X NRM is calculated as an average value of (Hx / H NRM ) F obtained by the equation (13c) and (Hy / H NRM ) R obtained by the equation (13d).

同様に、Y規格化データYNRMは、「Y軸の正方向に観察」「Y軸の負方向に観察」によって得られた画像の輝度がHy/HNRMに対して線形に変化するという近似に基づいて次式(13e)、(13f)で得られる(Hy/HNRM、(Hy/HNRMの平均値として算出されている:
Similarly, the Y normalized data Y NRM is an approximation that the luminance of the image obtained by “observation in the positive direction of the Y axis” and “observation in the negative direction of the Y axis” changes linearly with respect to Hy / H NRM . Is calculated as an average value of (Hy / H NRM ) F and (Hy / H NRM ) R obtained by the following equations (13e) and (13f):

更に、各位置の磁界のZ軸方向の成分に対応するZ規格化データZNRMは、式(11e)又は式(12e)で算出された平均化Z方向成分画像ZMavgの輝度データと、上記式(10)で算出された校正係数kとから、下記式(14)で算出される:
NRM=k・ZMavg ・・・(14)
Z規格化データZNRMは、校正係数k(=zNRM/Zavg)を乗じることで規格化されるため、Z軸方向成分ZNRMもkOe単位の磁界として算出される。
Further, the Z normalized data Z NRM corresponding to the component in the Z-axis direction of the magnetic field at each position includes the luminance data of the averaged Z direction component image ZMavg calculated by the equation (11e) or the equation (12e), and the above equation. From the calibration coefficient k calculated in (10), the following formula (14) is calculated:
Z NRM = k · ZMavg (14)
Since the Z normalized data Z NRM is normalized by multiplying by the calibration coefficient k (= z NRM / Zavg), the Z-axis direction component Z NRM is also calculated as a magnetic field in units of kOe.

より一般化すると、規定磁場HNRMについて、磁界のX軸方向成分Hx、Y軸方向成分Hy、Z軸方向成分Hzは、式(13a)、(13b)、(14)で算出されるXNRM、YNRM、ZNRMを用いて下記式で算出されると言ってもよい:
Hx=XNRM・XNRM ・・・(15a)
Hy=XNRM・YNRM ・・・(15b)
Hz=XNRM・ZNRM ・・・(15c)
以上で、磁界のX軸方向成分、Y軸方向成分、Z軸方向成分を算出する演算処理は完了である。
And more generalized, the provisions magnetic field H NRM, the magnetic field in the X-axis direction component Hx, Y-axis direction component Hy, Z-axis direction component Hz of the formula (13a), (13b), X NRM calculated by (14) , Y NRM , Z NRM may be used to calculate the following formula:
Hx = X NRM · X NRM (15a)
Hy = X NRM · Y NRM (15b)
Hz = X NRM / Z NRM (15c)
This completes the calculation processing for calculating the X-axis direction component, the Y-axis direction component, and the Z-axis direction component of the magnetic field.

以上には、本発明の実施形態が具体的に記述されているが、本発明は上記の実施形態に限定されると解釈してはならない。本発明は、当業者には自明的な様々な変更と共に実施され得る。   Although the embodiments of the present invention are specifically described above, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments. The present invention may be implemented with various modifications that will be apparent to those skilled in the art.

1 :入射光学系
2 :落射光学系
3 :検出光学系
4 :演算装置
5 :表示装置
6 :4極電磁石装置
7 :入射光
8 :反射光
11 :光源
12 :コンデンサレンズ
15 :コリメータレンズ
16 :ミラー
17 :可動ミラー
18 :リレーレンズ
19 :偏光子
21 :スミスミラー
22 :ハーフミラー
23 :対物レンズ
31 :検光子
32 :結像レンズ
33 :撮像装置
61 :4極電磁石
63 :4極電磁石
65 :バイポーラ電源
66 :バイポーラ電源
71 :ファラデー媒体
72 :ファラデーガラス
73 :反射膜
80 :磁界発生源
Hx :X軸方向成分
Hy :Y軸方向成分
Hz :Z軸方向成分
IN1 :入射光
IN2 :入射光
IN3 :入射光
IN4 :入射光
R1 :反射光
R2 :反射光
θ :入射角
θi1 :入射角
θi2 :入射角
θx :回転角
θy :回転角
θz :回転角
M :全磁化
NRM :単位ベクトル
Mx :磁化成分
My :磁化成分
Mz :磁化成分
S :試料
X :X方向成分画像
XF :X方向観察画像
XFM :X方向観察画像
XFMS :飽和磁界印加画像
XFPS :飽和磁界印加画像
XM :X方向成分画像
NRM :X軸方向成分
XR :X方向観察画像
XRM :X方向観察画像
XRMS :飽和磁界印加画像
XRPS :飽和磁界印加画像
Y :Y方向成分画像
YF :Y方向観察画像
YFM :Y方向観察画像
YFMS :飽和磁界印加画像
YFPS :飽和磁界印加画像
YM :Y方向成分画像
NRM :Y軸方向成分
YR :Y方向観察画像
YRM :Y方向観察画像
YRMS :飽和磁界印加画像
YRPS :飽和磁界印加画像
ZMavg:平均化Z方向成分画像
ZMx :Z方向成分画像
ZMy :Z方向成分画像
NRM :Z軸方向成分
Zavg :平均化Z方向成分画像
Zx :Z方向成分画像
Zy :Z方向成分画像
k :校正係数
NRM :X規格化データ
NRM :Y規格化データ
NRM :Z規格化データ
1: incident optical system 2: incident optical system 3: detection optical system 4: computing device 5: display device 6: quadrupole electromagnet device 7: incident light 8: reflected light 11: light source 12: condenser lens 15: collimator lens 16: Mirror 17: Movable mirror 18: Relay lens 19: Polarizer 21: Smith mirror 22: Half mirror 23: Objective lens 31: Analyzer 32: Imaging lens 33: Imaging device 61: Quadrupole electromagnet 63: Quadrupole electromagnet 65: Bipolar power supply 66: Bipolar power supply 71: Faraday medium 72: Faraday glass 73: Reflective film 80: Magnetic field generation source Hx: X-axis direction component Hy: Y-axis direction component Hz: Z-axis direction component IIN1 : Incident light IIN2 : Incident light I IN3: incident light I IN4: incident light I R1: reflection light I R2: reflection light theta i: incidence angle theta i1: incident angle theta i2: ON Angular [theta] x: rotation angle [theta] y: Rotation angle [theta] z: rotational angle M: total magnetization M NRM: unit vector Mx: magnetization component My: magnetization component Mz: magnetization component S: Sample X: X direction component image XF: X-direction observation image XFM : X direction observation image XF MS : Saturation magnetic field application image XF PS : Saturation magnetic field application image XM: X direction component image X NRM : X axis direction component XR: X direction observation image XRM: X direction observation image XR MS : Saturation magnetic field application Image XR PS : Saturation magnetic field application image Y: Y direction component image YF: Y direction observation image YFM: Y direction observation image YF MS : Saturation magnetic field application image YF PS : Saturation magnetic field application image YM: Y direction component image Y NRM : Y Axial direction component YR: Y direction observation image YRM: Y direction observation image YR MS : Saturation magnetic field application image YR PS : Saturation magnetic field application image ZMavg: Averaged Z direction Component image ZMx: Z direction component image ZMy: Z direction component image Z NRM : Z-axis direction component Zavg: Averaged Z direction component image Zx: Z direction component image Zy: Z direction component image k: Calibration coefficient x NRM : X standard Data Y NRM : Y normalized data z NRM : Z normalized data

Claims (20)

直線偏光の入射光を試料に入射するための光入射機構と、
前記入射光が試料に反射されることで得られる反射光が入射される検光子と、
前記反射光が前記検光子を通過することで得られる信号光を撮像して画像を撮像する撮像装置と、
演算装置
とを具備する磁気特性測定装置であって、
前記光入射機構は、前記入射光を前記試料に入射する入射方向が可変であるように構成されており、
前記光入射機構が直線偏光の第1入射光を、第1入射面の面内にあり且つ入射角が0°でないような第1入射方向で試料に入射したときに、前記撮像装置が前記試料によって前記第1入射光が反射されて得られる第1反射光が前記検光子を通過することで得られる第1信号光に基づいて、試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第1画像を取得し、
前記光入射機構が直線偏光の第2入射光を前記第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第1反射光の反射角と同一になるような第2入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第2入射光が反射されて得られる第2反射光が前記検光子を通過することで得られる第2信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第2画像を取得し、
前記演算装置は、前記第1画像及び前記第2画像を演算することにより、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量の、前記試料の面内方向である第1方向における成分の画像である第1成分画像と、前記磁気的物理量の、前記試料の垂直方向である第2方向における成分の画像である第2成分画像とを生成する
磁気特性測定装置。
A light incident mechanism for making linearly polarized incident light incident on the sample;
An analyzer on which the reflected light obtained by reflecting the incident light on the sample is incident;
An imaging device that captures an image by imaging the signal light obtained by the reflected light passing through the analyzer; and
A magnetic characteristic measuring device comprising an arithmetic device,
The light incident mechanism is configured such that an incident direction in which the incident light is incident on the sample is variable,
When the light incident mechanism enters the linearly polarized first incident light into the sample in a first incident direction that is in the plane of the first incident surface and the incident angle is not 0 °, the imaging apparatus The first reflected light obtained by reflecting the first incident light by means of the first signal light obtained by passing through the analyzer, the first corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample. Get an image,
The sample is in a second incident direction such that the light incident mechanism has linearly polarized second incident light in the plane of the first incident surface and the incident angle is the same as the reflection angle of the first reflected light. The imaging device is configured to detect the second reflected light obtained by reflecting the second incident light by the sample and passing through the analyzer based on the second signal light. A second image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of
The arithmetic device is an image of a component in a first direction, which is an in-plane direction of the sample, of a magnetic physical quantity contributing to rotation of a polarization plane by calculating the first image and the second image. A magnetic characteristic measurement device that generates a one-component image and a second component image that is an image of a component of the magnetic physical quantity in a second direction that is a vertical direction of the sample.
請求項1に記載の磁気特性測定装置であって、
前記光入射機構が直線偏光の第3入射光を、前記第1入射面と垂直な第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第3入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第3入射光が反射されて得られる第3反射光が前記検光子を通過することで得られる第3信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第3画像を取得し、
前記光入射機構が直線偏光の第4入射光を、前記第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第3反射光の反射角と同一になるような第4入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第4入射光が反射されて得られる第4反射光が前記検光子を通過することで得られる第4信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第4画像を取得し、
前記演算装置は、前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記試料の面内方向であり、且つ、前記第1方向に垂直な第3方向における成分の画像である第3成分画像を生成する
磁気特性測定装置。
The magnetic property measuring apparatus according to claim 1,
The light incident mechanism applies linearly polarized third incident light to the sample in a third incident direction that is in the plane of the second incident surface perpendicular to the first incident surface and the incident angle is not 0 °. Based on the third signal light obtained when the third reflected light obtained when the third incident light is reflected by the sample and passes through the analyzer when the imaging device is incident, Acquiring a third image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position;
In the fourth incident direction, the light incident mechanism causes the linearly polarized fourth incident light to be in the plane of the second incident surface, and the incident angle is the same as the reflection angle of the third reflected light. Based on the fourth signal light obtained when the fourth reflected light obtained by reflecting the fourth incident light by the sample passes through the analyzer when the imaging device is incident on the sample, Acquiring a fourth image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample;
The calculation device calculates the component of the magnetic physical quantity in a third direction that is in the in-plane direction of the sample and is perpendicular to the first direction by calculating the third image and the fourth image. A magnetic characteristic measurement device that generates a third component image that is an image.
請求項2に記載の磁気特性測定装置であって、
前記演算装置は、前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記第2方向における成分の画像である第4成分画像を生成する
磁気特性測定装置。
The magnetic property measuring apparatus according to claim 2,
The arithmetic device generates a fourth component image that is an image of a component of the magnetic physical quantity in the second direction by calculating the third image and the fourth image. Magnetic property measuring device.
請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気特性測定装置であって、
前記磁気的物理量は、前記試料の各位置における磁化である
磁気特性測定装置。
The magnetic property measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The magnetic physical quantity is a magnetization at each position of the sample.
請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気特性測定装置であって、
前記試料がファラデー効果を示す媒体であり、
前記磁気的物理量は、前記媒体の各位置における磁界である
磁気特性測定装置。
The magnetic property measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The sample is a medium exhibiting a Faraday effect;
The magnetic physical quantity is a magnetic field at each position of the medium.
請求項4に記載の磁気特性測定装置であって、
前記演算装置が、前記第1画像と前記試料を飽和させる磁界を印加させた状態の画像である飽和像との差分である第1差分画像と、前記第1画像と前記飽和像との第2差分画像との差分画像を、前記試料の各位置における前記第1方向における磁化成分の画像である第1磁化成分画像として生成し、
前記第1差分画像及び前記第2差分画像との加算画像を前記試料の各位置における前記第2方向における磁化成分の画像である第2磁化成分画像として生成する
磁気特性測定装置。
It is a magnetic characteristic measuring apparatus of Claim 4, Comprising:
A first difference image that is a difference between the first image and a saturated image that is an image in a state where a magnetic field that saturates the sample is applied, and a second difference between the first image and the saturated image. A difference image with the difference image is generated as a first magnetization component image that is an image of the magnetization component in the first direction at each position of the sample,
A magnetic characteristic measurement device that generates an addition image of the first difference image and the second difference image as a second magnetization component image that is an image of a magnetization component in the second direction at each position of the sample.
請求項2又は3に記載の磁気特性測定装置であって、
前記磁気的物理量は、前記試料の各位置における磁化であり、
前記試料を飽和させる磁界を前記第1方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第5入射光を前記第1入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第5入射光が反射されて得られる第5反射光が前記検光子を通過することで得られる第5信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第5画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第1方向と反対の第4方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第6入射光を前記第1入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第5入射光が反射されて得られる第5反射光が前記検光子を通過することで得られる第6信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第6画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第1方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第7入射光を前記第2入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第7入射光が反射されて得られる第7反射光が前記検光子を通過することで得られる第7信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第7画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第4方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第8入射光を前記第2入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第8入射光が反射されて得られる第8反射光が前記検光子を通過することで得られる第8信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第8画像を取得し、
前記演算装置は、前記第1画像、前記第2画像、前記第5画像、前記第6画像、前記第7画像及び前記第8画像から、前記試料の各位置における前記第1方向における磁化成分と全磁化の比に対応する第1規格化データを算出する
磁気特性測定装置。
The magnetic property measuring apparatus according to claim 2 or 3,
The magnetic physical quantity is a magnetization at each position of the sample,
When the light incident mechanism applies linearly polarized fifth incident light to the sample in the first incident direction with a magnetic field that saturates the sample applied in the first direction, Corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample based on the fifth signal light obtained by the fifth reflected light obtained by reflecting the fifth incident light by the sample passing through the analyzer Get the fifth image,
In a state where a magnetic field that saturates the sample is applied in a fourth direction opposite to the first direction, the light incident mechanism enters linearly polarized sixth incident light into the sample in the first incident direction. Polarization planes at the respective positions of the sample based on the sixth signal light obtained when the fifth reflected light obtained when the fifth incident light is reflected by the sample passes through the analyzer. A sixth image corresponding to the rotation angle of
When the light incident mechanism injects linearly polarized seventh incident light into the sample in the second incident direction with a magnetic field that saturates the sample applied in the first direction, The seventh reflected light obtained by reflecting the seventh incident light by the sample corresponds to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample based on the seventh signal light obtained by passing through the analyzer. Acquire the seventh image,
When the light incident mechanism enters linearly polarized eighth incident light into the sample in the second incident direction with a magnetic field that saturates the sample applied in the fourth direction, Based on the eighth signal light obtained by the eighth reflected light obtained by reflecting the eighth incident light by the sample passing through the analyzer, it corresponds to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample. Acquire the 8th image,
The computing device includes a magnetization component in the first direction at each position of the sample from the first image, the second image, the fifth image, the sixth image, the seventh image, and the eighth image. A magnetic characteristic measuring device that calculates first normalized data corresponding to a ratio of total magnetization.
請求項7に記載の磁気特性測定装置であって、
前記試料を飽和させる磁界を前記第3方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第9入射光を前記第3入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第9入射光が反射されて得られる第9反射光が前記検光子を通過することで得られる第9信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第9画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第3方向と反対の第5方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第10入射光を前記第3入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第10入射光が反射されて得られる第10反射光が前記検光子を通過することで得られる第10信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第10画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第3方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第11入射光を前記第4入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第11入射光が反射されて得られる第11反射光が前記検光子を通過することで得られる第11信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第11画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第5方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第12入射光を前記第4入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第12入射光が反射されて得られる第12反射光が前記検光子を通過することで得られる第12信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第12画像を取得し、
前記演算装置は、前記第3画像、前記第4画像、前記第9画像、前記第10画像、前記第11画像及び前記第12画像から、前記試料の各位置における前記第3方向における磁化成分と全磁化の比に対応する第2規格化データを算出する
磁気特性測定装置。
The magnetic property measuring apparatus according to claim 7,
When the light incident mechanism applies linearly polarized ninth incident light to the sample in the third incident direction with a magnetic field that saturates the sample applied in the third direction, Corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample based on the ninth signal light obtained by the ninth reflected light obtained by reflecting the ninth incident light by the sample passing through the analyzer Get the ninth image,
When the light incident mechanism is incident on the sample in the third incident direction in the third incident direction with the magnetic field that saturates the sample applied in the fifth direction opposite to the third direction. Based on the tenth signal light obtained when the imaging device reflects the tenth incident light reflected by the sample and passes through the analyzer, the polarization plane at each position of the sample 10th image corresponding to the rotation angle of
When the light incident mechanism injects linearly polarized eleventh incident light into the sample in the fourth incident direction with a magnetic field that saturates the sample applied in the third direction, The eleventh reflected light obtained by reflecting the eleventh incident light by the sample passes through the analyzer and corresponds to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample. Get the 11th image,
In a state where a magnetic field for saturating the sample is applied in the fifth direction, when the light incident mechanism enters linearly polarized twelfth incident light into the sample in the fourth incident direction, the imaging device includes: Based on the twelfth signal light obtained when the twelfth reflected light obtained by reflecting the twelfth incident light by the sample passes through the analyzer, it corresponds to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample. Acquire the 12th image,
The arithmetic device includes a magnetization component in the third direction at each position of the sample from the third image, the fourth image, the ninth image, the tenth image, the eleventh image, and the twelfth image. A magnetic characteristic measuring device that calculates second normalized data corresponding to the ratio of total magnetization.
請求項8に記載の磁気特性測定装置であって、
前記演算装置は、前記第1規格化データと前記第2規格化データとから、前記試料の各位置における前記第2方向における磁化成分と全磁化の比に対応する第3規格化データを算出する
磁気特性測定装置。
The magnetic property measuring apparatus according to claim 8,
The arithmetic unit calculates third normalized data corresponding to the ratio of the magnetization component in the second direction and the total magnetization at each position of the sample from the first normalized data and the second normalized data. Magnetic property measuring device.
直線偏光の第1入射光を、第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第1入射方向で試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第1入射光が反射されて得られる第1反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第1画像を取得するステップと、
直線偏光の第2入射光を、前記第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第1反射光の反射角と同一になるような第2入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第2入射光が反射されて得られる第2反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第2画像を取得するステップと、
前記第1画像及び前記第2画像を演算することにより、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量の、前記試料の面内方向である第1方向における成分の画像である第1成分画像と、前記磁気的物理量の、前記試料の垂直方向である第2方向における成分の画像である第2成分画像とを得るステップ
とを具備する
磁気特性測定方法。
Linearly polarized first incident light is incident on the sample in a first incident direction such that the first incident light is in the plane of the first incident surface and the incident angle is not 0 °;
Acquiring a first image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the sample based on first reflected light obtained by reflecting the first incident light by the sample;
Entering linearly polarized second incident light into the sample in a second incident direction that is in the plane of the first incident surface and has the same incident angle as the reflection angle of the first reflected light When,
Obtaining a second image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample, based on the second reflected light obtained by reflecting the second incident light by the sample;
A first component image that is an image of a component in a first direction that is an in-plane direction of the sample of a magnetic physical quantity that contributes to rotation of a polarization plane by calculating the first image and the second image; Obtaining a second component image which is an image of a component of the magnetic physical quantity in a second direction which is a vertical direction of the sample.
請求項10に記載の磁気特性測定方法であって、
更に、
直線偏光の第3入射光を、前記第1入射面と垂直な第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第3入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第3入射光が反射されて得られる第3反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第3画像を取得するステップと、
直線偏光の第4入射光を、前記第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第3反射光の反射角と同一になるような第4入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第4入射光が反射されて得られる第4反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第4画像を取得するステップと、
前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、磁気的物理量の、前記試料の面内方向であり、且つ、前記第1方向に垂直な第3方向における成分の画像である第3磁化画像を得るステップ
とを具備する
磁気特性測定方法。
The magnetic property measuring method according to claim 10,
Furthermore,
Linearly polarized third incident light is incident on the sample in a third incident direction that is in the plane of the second incident surface perpendicular to the first incident surface and the incident angle is not 0 °;
Acquiring a third image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the sample, based on the third reflected light obtained by reflecting the third incident light by the sample;
Entering linearly polarized fourth incident light into the sample in a fourth incident direction that is in the plane of the second incident surface and has the same incident angle as the reflection angle of the third reflected light When,
Obtaining a fourth image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the sample, based on fourth reflected light obtained by reflecting the fourth incident light by the sample;
By calculating the third image and the fourth image, a third magnetization that is an image of a component of the magnetic physical quantity in the third direction that is in the in-plane direction of the sample and is perpendicular to the first direction. A method for measuring magnetic properties, comprising: obtaining an image.
請求項11に記載の磁気特性測定方法であって、
更に、
前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記第2方向における成分の画像である第4成分画像を生成するステップを備える
磁気特性測定方法。
The magnetic property measuring method according to claim 11,
Furthermore,
A method for measuring a magnetic characteristic, comprising: calculating a third component image that is an image of a component of the magnetic physical quantity in the second direction by calculating the third image and the fourth image.
請求項10乃至12のいずれかに記載の磁気特性測定方法であって、
前記磁気的物理量は、前記試料の各位置における磁化である
磁気特性測定方法。
The magnetic property measuring method according to any one of claims 10 to 12,
The magnetic physical quantity is a magnetization at each position of the sample.
請求項10乃至12のいずれかに記載の磁気特性測定方法であって、
前記試料がファラデー効果を示す媒体であり、
前記磁気的物理量は、前記媒体の各位置における磁界である
磁気特性測定方法。
The magnetic property measuring method according to any one of claims 10 to 12,
The sample is a medium exhibiting a Faraday effect;
The magnetic physical quantity is a magnetic field at each position of the medium.
ファラデー効果を発現するファラデー媒体を、磁界を測定する場所に配置するステップと、
直線偏光の第1入射光を、第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第1入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第1入射光が反射されて得られる第1反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第1画像を取得するステップと、
直線偏光の第2入射光を、前記第1入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第1反射光の反射角と同一になるような第2入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第2入射光が反射されて得られる第2反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第2画像を取得するステップと、
前記第1画像及び前記第2画像を演算することにより、前記ファラデー媒体の面内方向である第1方向における磁界成分の画像である第1磁界成分画像と、前記ファラデー媒体の垂直方向である第2方向における磁界成分の画像である第2磁界成分画像とを得るステップ
とを具備する
磁界測定方法。
Placing a Faraday medium exhibiting a Faraday effect at a location where a magnetic field is measured;
Linearly polarized first incident light is incident on the Faraday medium in a first incident direction that is in the plane of the first incident surface and whose incident angle is not 0 °;
Acquiring a first image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the Faraday medium based on first reflected light obtained by reflecting the first incident light by the Faraday medium;
The linearly polarized second incident light is incident on the Faraday medium in a second incident direction that is in the plane of the first incident surface and has the same incident angle as the reflection angle of the first reflected light. Steps,
Acquiring a second image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the Faraday medium based on second reflected light obtained by reflecting the second incident light by the Faraday medium;
By calculating the first image and the second image, a first magnetic field component image that is an image of a magnetic field component in a first direction that is an in-plane direction of the Faraday medium, and a first magnetic field component image that is perpendicular to the Faraday medium. Obtaining a second magnetic field component image that is an image of magnetic field components in two directions.
請求項15に記載の磁界測定方法であって、
更に、
直線偏光の第3入射光を、前記第1入射面と垂直な第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が0°でないような第3入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第3入射光が反射されて得られる第3反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第3画像を取得するステップと、
直線偏光の第4入射光を、前記第2入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第3反射光の反射角と同一になるような第4入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第4入射光が反射されて得られる第4反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第4画像を取得するステップと、
前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、前記ファラデー媒体の面内方向であり、且つ、前記第1方向に垂直な第3方向における磁界成分の画像である第3磁界成分画像を得るステップ
とを具備する
磁界測定方法。
The magnetic field measurement method according to claim 15,
Furthermore,
Linearly polarized third incident light is incident on the Faraday medium in a third incident direction that is in a plane of a second incident surface perpendicular to the first incident surface and whose incident angle is not 0 °; ,
Acquiring a third image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the Faraday medium based on third reflected light obtained by reflecting the third incident light by the Faraday medium;
The linearly polarized fourth incident light is incident on the Faraday medium in a fourth incident direction that is in the plane of the second incident surface and has the same incident angle as that of the third reflected light. Steps,
Obtaining a fourth image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the Faraday medium based on fourth reflected light obtained by reflecting the fourth incident light by the Faraday medium;
By calculating the third image and the fourth image, a third magnetic field component image that is an image of a magnetic field component in a third direction that is in-plane direction of the Faraday medium and perpendicular to the first direction is obtained. A magnetic field measuring method comprising: obtaining a magnetic field.
請求項15に記載の磁界測定方法であって、
更に、
前記第3画像及び前記第4画像を演算することにより、前記第2方向における磁界成分の画像である第4磁界成分画像を生成するステップを具備する
磁界測定方法。
The magnetic field measurement method according to claim 15,
Furthermore,
A magnetic field measurement method comprising: generating a fourth magnetic field component image that is an image of a magnetic field component in the second direction by calculating the third image and the fourth image.
請求項17に記載の磁界測定方法であって、
更に、
前記ファラデー媒体に所定の規定磁界を前記第1方向に印加した状態で直線偏光の第5入射光を前記第1入射方向で前記試料に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第5入射光が反射されて得られる第5反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第5画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第1方向と反対の第4方向に印加した状態で直線偏光の第6入射光を前記第1入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第6入射光が反射されて得られる第6反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第6画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第1方向に印加した状態で直線偏光の第7入射光を前記第2入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第7入射光が反射されて得られる第7反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第7画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第4方向に印加した状態で直線偏光の第8入射光を前記第2入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第8入射光が反射されて得られる第8反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第8画像を取得するステップと、
前記第1画像、前記第2画像、前記第5画像、前記第6画像、前記第7画像及び前記第8画像から、前記ファラデー媒体の各位置における前記第1方向における磁界成分と前記規定磁界の比に対応する第1規格化データを算出するステップ
とを具備する
磁界測定方法。
The magnetic field measurement method according to claim 17,
Furthermore,
When the linearly polarized fifth incident light is incident on the sample in the first incident direction in a state where a predetermined prescribed magnetic field is applied to the Faraday medium in the first direction, the fifth incident light is reflected by the Faraday medium. Obtaining a fifth image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the Faraday medium, based on the fifth reflected light obtained by reflection;
When linearly polarized sixth incident light is incident on the Faraday medium in the first incident direction with the prescribed magnetic field applied to the Faraday medium in a fourth direction opposite to the first direction, the Faraday medium Obtaining a sixth image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the Faraday medium, based on the sixth reflected light obtained by reflecting the sixth incident light;
When linearly polarized seventh incident light is incident on the Faraday medium in the second incident direction with the prescribed magnetic field applied to the Faraday medium in the first direction, the Faraday medium causes the seventh incident light to be incident on the Faraday medium. Obtaining a seventh image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the Faraday medium based on the seventh reflected light obtained by reflection;
When the linearly polarized eighth incident light is incident on the Faraday medium in the second incident direction with the prescribed magnetic field applied to the Faraday medium in the fourth direction, the Faraday medium causes the eighth incident light to be Obtaining an eighth image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the Faraday medium based on the eighth reflected light obtained by reflection;
From the first image, the second image, the fifth image, the sixth image, the seventh image, and the eighth image, the magnetic field component in the first direction and the prescribed magnetic field at each position of the Faraday medium. Calculating a first normalized data corresponding to the ratio.
請求項18に記載の磁界測定方法であって、
更に、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第3方向に印加した状態で直線偏光の第9入射光を前記第3入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第9入射光が反射されて得られる第9反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第9画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第3方向と反対の第5方向に印加した状態で直線偏光の第10入射光を前記第3入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第10入射光が反射されて得られる第10反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第10画像を取得するステップ
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第3方向に印加した状態で直線偏光の第11入射光を前記第4入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第11入射光が反射されて得られる第11反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第11画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体を飽和させる磁界を前記第5方向に印加した状態で直線偏光の第12入射光を前記第4入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第12入射光が反射されて得られる第12反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第12画像を取得するステップと、
前記第3画像、前記第4画像、前記第9画像、前記第10画像、前記第11画像及び前記第12画像から、前記ファラデー媒体の各位置における前記第3方向における磁界成分と前記規定磁界の比に対応する第2規格化データを算出するステップ
とを具備する
磁界測定方法。
The magnetic field measurement method according to claim 18,
Furthermore,
When the linearly polarized ninth incident light is incident on the Faraday medium in the third incident direction with the prescribed magnetic field applied to the Faraday medium in the third direction, the Faraday medium causes the ninth incident light to be incident on the Faraday medium. Obtaining a ninth image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the Faraday medium, based on the ninth reflected light obtained by reflection;
When the linearly polarized tenth incident light is incident on the Faraday medium in the third incident direction with the prescribed magnetic field applied to the Faraday medium in the fifth direction opposite to the third direction, the Faraday medium Acquiring a tenth image corresponding to a rotation angle of a polarization plane at each position of the Faraday medium based on the tenth reflected light obtained by reflecting the tenth incident light; Eleventh reflected light obtained by reflecting the eleventh incident light by the Faraday medium when the eleventh incident light of linearly polarized light is incident on the Faraday medium in the fourth incident direction with the third direction applied. Obtaining an eleventh image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the Faraday medium,
When the linearly polarized twelfth incident light is incident on the Faraday medium in the fourth incident direction in a state where a magnetic field for saturating the Faraday medium is applied in the fifth direction, the twelfth incident light is reflected by the Faraday medium. Obtaining a twelfth image corresponding to the rotation angle of the polarization plane at each position of the Faraday medium, based on the twelfth reflected light obtained by reflection;
From the third image, the fourth image, the ninth image, the tenth image, the eleventh image, and the twelfth image, the magnetic field component in the third direction and the prescribed magnetic field at each position of the Faraday medium. Calculating a second normalized data corresponding to the ratio.
請求項18又は19に記載の磁界測定方法であって、
更に、
前記第2磁界成分画像と前記第4磁界成分画像との平均である平均画像と、予め取得した校正係数とから、前記ファラデー媒体の各位置における前記第2方向における磁界成分と前記規定磁界の比に対応する第3規格化データを算出するステップ
を具備する
磁界測定方法。
The magnetic field measurement method according to claim 18 or 19,
Furthermore,
The ratio between the magnetic field component in the second direction and the specified magnetic field at each position of the Faraday medium, based on an average image that is an average of the second magnetic field component image and the fourth magnetic field component image and a calibration coefficient acquired in advance. A magnetic field measurement method comprising the step of calculating third normalized data corresponding to.
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