JP4213883B2 - 磁界の測定方法および磁界測定装置、ならびに電流波形測定方法および電界測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波で動作している磁気記録ヘッドの磁界測定や励磁電流測定など、時間的に変化するデバイスの磁気特性および電気特性の測定を行う方法および装置に属する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線を用いた物性の評価方法は高い空間分解能を有し、また電子線が磁気に対して感度を持つことから、磁性材料の様々な特性の評価や観察に用いられている。一方、磁気ヘッドなどの磁気デバイスの動作は年々高速になってきており、その特性の評価には、高い空間分解能だけでなく、高速で変化する磁気特性の観察が可能であること、すなわち時間分解能が高いことも必要になってきている。
【０００３】
電子線を用いて、時間的に変化する磁気特性を観察する方法としては、例えば、「アイ イー イー イー トランスアクション オン マグネティクス ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．２ Ｍａｒｃｈ １９９２」で述べられている方法がある。高周波で動作している磁気ヘッドの記録磁界分布を測定するために、この方法ではヘッドの動作周期に同期させて電子線をストロボ状にして磁界中に通し、周期的に変化する磁界分布の特定の位相での情報のみを抽出する。位相を任意に決めることができ、動作周期中のどのタイミングでも磁界分布を測定できる。
【０００４】
また、高周波で動作している磁気ヘッドの励磁電流をモニタする場合は、電流プローブで配線を流れる電流波形を観察する手法が広く用いられている。これは、配線近傍に設置した電流トランスによって生じる起電力を検出するもので、終端してオシロスコープなどにつないで波形として表示するものである。さらに、時間的に変化するヘッド励磁電流の別の観察方法としては、例えば「特開４−３７２８８７公報」で述べられている方法がある。この方法では、図１０に示すように磁気ヘッドに直列に抵抗４を挿入し、両端に発生する電圧を静電偏向器５に供給する。この静電偏向器５に磁界を測定するものと同じタイミングのストロボパルス電子線１１を通し、その偏向量を位置検出器１５で検出して電流値に換算する方法がある。すなわち、電流を電界に変換して電流を測定するものである。電流プローブを用いないこの方法は、電子線をストロボ状にし、繰り返し変化する磁気ヘッドの周期に合わせてストロボ電子線を照射し、特定の位相での情報のみを抽出し、さらにそのタイミングを少しずつ変化させてサンプリングすることにより、特定の時間範囲にわたっての励磁電流波形の測定が可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の技術で述べた電子線を用いる方法では、電子線を高速の偏向器と絞りを用いてブランキングしてストロボ状にする必要があり、ストロボ状の電子線パルスの時間幅は、測定に必要な時間分解能で決められていた。例えば、動作１周期をＴとし、これを測定するのに必要な時間分解能を１周期の２０分の１とすると、パルス時間幅はＴ／２０以下が必要である。
【０００６】
電子線パルスを生成するには、高速の静電偏向器と小さな穴の空けられた絞り板が用いられる場合が多い。今仮に、絞り上で収束された電子線を±1Ｖで偏向させるとする。偏向量と絞りの穴径の比が、５：１の場合、１ｎｓのパルス時間幅が必要な場合は電圧信号の反転時間は５ｎｓ、０．１ｎｓの電子線パルス時間幅が必要な場合は、０．５ｎｓの反転時間が必要になる。
【０００７】
最近では磁気ヘッドなどの磁気デバイスの動作周波数が急激に上昇していることから、測定の高時間分解能化が求められるようになり、電子線パルスの時間幅も年々短いものが求められるようになってきていた。しかし、上記の方法でパルス幅を短くしていく場合、反転時間の短い信号を静電偏向器に入力すると、配線や負荷によって反射やオーバーシュートなどが発生し、非線型の入力信号となって、結果的に正確な反転時間での電子線の偏向ができなくなる。すなわち、従来の技術では非常に短い時間幅での電子線パルスを正確に発生できなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、高速に反転する電圧信号を用いることなしに、すなわち電子線をストロボ状のパルスにせずに、高時間分解能で高周波の磁界の測定を実現することを目的としている。
【０００９】
また、従来技術では磁気ヘッドを動作させるための高周波電流をモニタする場合に、電流プローブを用いると、その負荷が電流回路そのものに影響を与えて波形が歪んでしまい、励磁状態の正確な電流波形を測定できないという問題があった。本発明は、電流をモニタする際に、電流トランスを用いないことにより回路に負荷を与えず、高感度で正確な電流モニタを実現することをもうひとつの目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、磁界測定装置を、荷電粒子線源と、荷電粒子線を収束させる手段と、被測定磁界を発生する手段と、前記被測定磁界の所望の位置に前記荷電粒子線を通過させる手段と、前記被測定磁界による前記荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段と、前記別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して前記荷電粒子線の偏向を制御する手段と、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大する手段と、拡大された前記偏向量を検出する２次元の検出手段と、前記検出手段に検出された前記荷電粒子線の軌跡を表示する表示手段で構成するようにした。
【００１１】
また、前記荷電粒子線源と前記被測定磁界を発生させる手段との間で前記荷電粒子線の前記被測定磁界中への照射と非照射を行う手段と、前記磁界中への照射と非照射を行う手段に信号を供給して前記荷電粒子線の前記磁界中への照射と非照射を制御する手段を設けるようにした。
【００１２】
また、本発明は、荷電粒子線との相互作用を利用して磁界を測定する方法において荷電粒子線源より荷電粒子線を発生させ、該荷電粒子線を収束させるステップと、信号により被測定磁界を発生させ、その磁界の所定の位置に前記収束した荷電粒子線を通過させるステップと、磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を信号により偏向させ、その際供給する信号により該偏向を制御するステップと、被測定磁界と荷電粒子線を偏向させるための信号を一定の周期で変化させるステップと、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大し、拡大された前記偏向量を２次元の検出手段で検出するステップと、検出された荷電粒子線の軌跡を表示するステップを含むようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に述べる。
【００１４】
まず、粒子線源としての電子線源、電子線の収束手段、被測定対象場である磁界あるいは電界、前記電子線の偏向手段、偏向した前記電子線の偏向量の拡大手段、２次元の検出手段の順で配置する。電子線は、収束手段によって被測定対象場の近傍に収束され、走査偏向手段で被測定対象場の所望の位置に合わせられる。被測定対象場は、それを発生させる手段で作られるが、その手段は対象場を時間的に変化させるために例えば電気回路に接続されている。電気回路には周期的な変化を繰り返すように信号が流れている。この周期的信号をそのままの周期か或いは分周してトリガとして取り出し、波形発生器に入力する。波形発生器は例えば鋸波や三角波を発生しており、この波形が偏向手段に入力され、波形の直線部分を利用して一定の速度で電子線が偏向される。偏向手段による電子線の偏向方向は被測定対象物の変化による電子線の偏向方向に垂直となるようにセットされている。偏向量を拡大する手段で結像位置と倍率を調整することにより、被測定対象場中に電子線を通した位置での時間変化として、波形あるいはそれに相当する図形が２次元の検出・表示器上に映し出される。この時、時間分解能は２次元の検出器上での面内分解能に依存する。なお、以下の実施例では、全て電子線を用いる場合で説明するが、磁界や電界に感度のある荷電粒子線であれば電子線以外でも構わない。また、さらに多次元の検出・表示も可能である。
【００１５】
また、本実施の形態としては、上記の構成の電子線源から偏向量の拡大手段の間のどこかに、電子線の照射と非照射を制御する手段を設けて、この制御信号のタイミングも被測定対象場を変化させる周期的信号に同期させるか分周して同期させる。これにより、検出器に映し出される波形をさらに見やすいものにすることができる。
以下に、上記形態で実施した本発明の例を記述する。
【００１６】
（実施例１）
本実施例の装置構成を図１に断面図で示した。真空鏡体中に電子源１０１、電極１０２があり、これらによって電子線１０を発生する。この電子線を所望の開き角にするため、磁界レンズ１１１を用いて、絞り板２５の穴を通す。さらに、静電偏向器２４の間を通し、絞り板２６の穴を通す。ここを通過した電子線１０は、レンズ１１２、走査偏向器２７、レンズ１１３を通り、被測定磁界１２の所望の位置に所望のビーム径で通される。本実施例では、被測定磁界の発生手段として磁気ヘッド２８を用いた。磁気ヘッド２８には磁界発生回路２１からの信号が入力され、被測定磁界１２は周期的に変化している。被測定対象場が電界である場合は、電界を時間的に変化させる信号発生器を磁界発生回路２１の代りに用いれば良い。
【００１７】
なお、本実施例では、電子線を使った装置で説明するが、磁界や電界に感度を有するイオンビームなどの他の荷電粒子線でも構わない。また、以下の被測定対象場は磁界で説明するが、荷電粒子線の偏向を伴うものであれば電界などの他の対象でも実施できる。
【００１８】
被測定磁界１２を通過した電子線１０は、さらに静電偏向器１３を通過する。静電偏向器１３には、磁気ヘッド２８に入力する周波数以下の信号が入力される。入力信号の例を図２に示す。今、磁界発生回路２１から発生されるヘッド励磁信号を１ＧＨｚとする。分周器２１１によりヘッド励磁信号を例えば１／４に分周し、２５０ＭＨｚのトリガ信号を生成する。分周比ＤＲは任意であり、
ＤＲ ＝ １ ／ ｎ （ｎは自然数） （数１）
で示すことが出来る。
【００１９】
トリガ信号は二つに分けられて、遅延回路２２１と遅延回路２３１に入力され、遅延量を決められた後、それぞれ偏向信号発生器２２と走査信号発生器２３に入力される。走査信号発生器２３は静電偏向器１３に信号を供給するための偏向信号発生器であるが、静電偏向器２４に信号を供給する偏向信号発生器２２と区別するため、本実施例では、名称を走査信号発生器とする。また本実施例では分周期を一つ用いる構成としたが、偏向信号発生器２２と走査信号発生器２３のそれぞれに用いても良い。また、本実施例の構成では、トリガ信号を受ける遅延回路が並列になっているが、これを直列にして、１段目と２段目のそれぞれから取り出した信号を偏向信号発生器２２と走査信号発生器２３に入力する構成でも構わない。
【００２０】
偏向信号発生器２２は、図２に示す例えば矩形波の電子線照射信号を静電偏向器２４に供給する。信号が０Ｖの場合、電子線は絞り板２６の穴を通過し、それ以外の場合は穴を通過しない。本実施例の場合は、ヘッド励磁信号の４周期に１回、励磁信号の約２周期分に相当する電子線が絞り板２６の穴を通過することとした。一方、走査信号発生器２３は、静電偏向器１３に図２に示す挿引偏向信号を供給する。本実施例では、偏向挿引信号はヘッド励磁信号の４倍の周期の三角波を用いた。
【００２１】
この時にヘッド磁界の波形が映し出される原理を模式的に図３に示した。磁気ヘッド２８の磁界１２によって電子線１０はローレンツ力を受けて偏向し、その軌道を曲げられる。さらにその電子線２８は被測定磁界の下方に設置された静電偏向器１３によって磁界の偏向方向と垂直な向きに偏向される。つまり、検出器上には磁界による偏向方向の軸と時間軸とが直交して形成され、映し出される波形は磁界の時間変化を示す波形となる。
【００２２】
図１で被測定磁界１２の所望の位置に通された電子線は、レンズ１１４、１１５、１１６、１１７、によって結像面が調節され、所望の倍率に拡大され、画像検出器１４で検出される。画像検出器１４には例えばフィルムやＣＣＤカメラ、撮像管などの２次元の画像検出器が用いられる。図４にその様子を模式的に示した。静電偏向器１３はその偏向方向が被測定磁界による偏向方向と直角になるように回転することができる。本実施例の静電偏向器１３は、２枚の電極で構成された平行平板電極であるが、この他に、８極子静電レンズや１２極子静電レンズなどの多極子レンズを用いることもできる。レンズ１１４、１１５、１１６、１１７によって、例えば図４の磁気ヘッド２８と静電偏向器１３の間に示した点線位置の面を画像検出器１４に結像させると、例えば図５の右の図ような２周期分の波形を得ることができる。この時の磁界による偏向方向を確認したところ図５の左の図のように観察され、静電偏向器１３の電界による挿引偏向の方向と垂直方向であることが確認された。画像検出器１４上に結像させる面の位置は、被測定磁界１２による電子線１０の偏向中心以外で、かつ静電偏向器１３の偏向中心以外であれば良く、画像検出器１４上の波形のバランスを見ながらその拡大倍率と共に調整される。得られた電子線の軌跡が波形として得られ、これに時間軸と磁界の軸を付加することによって、動磁界の測定結果を評価解析することができた。
【００２３】
また、本実施例では磁界や電界などの空間の存在する場の測定について述べたが、材料中の磁化状態の時間的変化やキャパシタの動的な状態解析にも本手法を用いることができる。
【００２４】
さらに、上記荷電粒子線の上記被測定磁界による偏向方向と、上記被測定磁界とは別の偏向手段による上記荷電粒子線の偏向方向とのなす角度は９０度であるようにした。
【００２５】
また、上記荷電粒子線が、被測定磁界、偏向手段の順で通過するように配置するようにした。
【００２６】
さらにまた、上記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に上記荷電粒子線を偏向する手段に供給する偏向信号の周波数が、上記被測定磁界の周波数以下であるようにした。
【００２７】
また、上記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に上記荷電粒子線を偏向する手段に供給する偏向信号の波形が、三角波あるいは鋸波であるようにした。
【００２８】
さらに、上記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に上記荷電粒子線を偏向する手段による荷電粒子線の偏向方向を任意に設定するようにした。
【００２９】
また、荷電粒子線源と、荷電粒子線を収束させる手段と、被測定電流が流れる配線と、前記配線近傍の所望の位置に前記荷電粒子線を通過させる手段と、前記被測定電流の形成する磁界で前記荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段と、前記別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して前記荷電粒子線の偏向を制御する手段と、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大する手段と、拡大された前記偏向量を検出する２次元の検出手段と、前記検出手段に描かれた前記荷電粒子線の軌跡を表示する表示手段で構成するようにした。
【００３０】
さらに、荷電粒子線源と、荷電粒子線を収束させる手段と、被測定電界を発生する手段と、前記被測定電界の所望の位置に前記荷電粒子線を通過させる手段と、前記電界による前記荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段と、前記別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して前記荷電粒子線の偏向を制御する手段と、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大する手段と、拡大された前記偏向量を検出する２次元の検出手段と、前記検出手段に描かれた前記荷電粒子線の軌跡を表示する表示手段で構成するようにした。
【００３１】
さらに、荷電粒子線との相互作用を利用して磁界を測定する方法において、
荷電粒子線源より荷電粒子線を発生させ、該荷電粒子線を収束させるステップと、信号により被測定磁界を発生させ、その磁界の所定の位置に前記収束した荷電粒子線を通過させるステップと、荷電粒子線源と被測定磁界を発生させる手段との間で荷電粒子線の磁界中への照射と非照射を行うステップと、磁界中への照射と非照射を行う手段に信号を供給して荷電粒子線の磁界中への照射と非照射を制御するステップと、磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を信号により偏向させ、その際供給する信号により該偏向を制御するステップと、被測定磁界と荷電粒子線を偏向させるための信号を一定の周期で変化させるステップと、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大し、拡大された前記偏向量を２次元の検出手段で検出するステップと、検出された荷電粒子線の軌跡を表示するステップを含むようにした。
【００３２】
また、前記荷電粒子線の被測定磁界による偏向方向と、被測定磁界とは別の偏向手段による前記荷電粒子線の偏向方向とのなす角度を、９０度とするステップを含むようにした。
【００３３】
さらに、前記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段に供給する偏向信号の周波数を被測定磁界の周波数以下とするステップを含むようにした。
【００３４】
また、前記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段に供給する偏向信号の波形を、三角波あるいは鋸波にするステップを含むようにした。
【００３５】
さらに、本発明は、電流波形測定方法において、荷電粒子線を発生させ、該荷電粒子線を収束させるステップと、配線に被測定電流を流し、配線近傍の所望の位置に荷電粒子線を通過させるステップと、被測定電流の形成する磁界で荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に荷電粒子線を偏向させ、別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して荷電粒子線の偏向を制御するステップと、被測定電流と荷電粒子線を偏向させるための信号を一定の周期で変化させ、偏向した荷電粒子線の偏向量を拡大するステップと、拡大された偏向量を２次元の検出手段で検出し、検出された荷電粒子線の軌跡を表示するステップを含むようにした。
【００３６】
さらにまた、本発明は、電界測定方法において、荷電粒子線を発生させ、荷電粒子線を収束させるステップと、被測定電界を発生させ、被測定電界の所望の位置に荷電粒子線を通過させるステップと、電界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に荷電粒子線を偏向させ、別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して荷電粒子線の偏向を制御するステップと、被測定電界と荷電粒子線を偏向させるための信号を一定の周期で変化させ、偏向した荷電粒子線の偏向量を拡大するステップと、拡大された前記偏向量を２次元の検出手段で検出し、検出された荷電粒子線の軌跡を表示するステップを含むようにした。
【００３７】
（実施例２）
本実施例では、実施例１で用いた電子線照射信号を使わずに実現した磁界の測定について説明する。
【００３８】
本実施例の装置構成を図６に断面図で示した。実施例１と同様に真空鏡体中に電子源１０１、電極１０２があり、これらによって電子線１０を発生する。電子線１０は、磁界レンズ１１１、１１２、１１３、および走査偏向器２７を通り、被測定磁界１２の所望の位置に所望のビーム径で通される。実施例1と同様に本実施例でも、被測定磁界の発生手段として磁気ヘッド２８を用いた。磁気ヘッド２８には磁界発生回路２１からの信号が入力され、被測定磁界１２は周期的に変化している。被測定対象場が電界である場合は、電界を時間的に変化させる信号発生器を磁界発生回路２１の代りに用いれば良い。
【００３９】
また、本実施例でも電子線を使った装置で説明するが、先の実施例と同様に磁界や電界に感度を有するイオンビームなどの他の荷電粒子線でも構わない。また、以下の被測定対象場は磁界で説明するが、荷電粒子線の偏向を伴うものであれば電界などの他の対象でも実施できる。
【００４０】
被測定磁界１２を通過した電子線１０は、さらに静電偏向器１３を通過する。静電偏向器１３に入力する信号の例を図７に示す。今、磁界発生回路２１から発生されるヘッド励磁信号を１ＧＨｚとし、同じ周波数のトリガ信号を使って、遅延回路２３１で所望の遅延量を決め、走査信号発生器２３で例えば三角波の挿引偏向信号を生成する。この場合の分周期２１１の分周比は１／１である。
【００４１】
図６で被測定磁界１２の所望の位置に通された電子線は、レンズ１１４、１１５、１１６、１１７、によって結像面が調節され、所望の倍率に拡大され、画像検出器１４で検出される。実施例１と同様に画像検出器１４には例えばフィルムやＣＣＤカメラ、撮像管などの２次元の画像検出器が用いられる。観察された図形は図７に示すようなものであり、これは波形の１周期を半分で折り返して一筆書きのようにした図形であることから、この図形に時間軸と磁界の軸を付加することによって、動磁界の測定結果を評価解析することができた。
図１１に得られた波形を示す。
【００４２】
また、この装置構成で別の信号を入力して磁界の波形を測定することができる。静電偏向器１３に入力する信号の例を図８に示す。今、磁界発生回路２１から発生されるヘッド励磁信号を１ＧＨｚとし、分周器２１１によって１／２に分周されたトリガ信号を得る。さらに遅延回路２３１でタイミングを調整した後、走査信号発生器２３で図８に示す鋸波の挿引偏向信号を生成する。この信号波形を使うことにより、図８に示す観察波形を得ることができ、これに時間軸と磁界の軸を付加することによって、動磁界の測定結果を評価解析することができた。
【００４３】
（実施例３）電流の測定
本発明の装置を使って、電流波形のモニタを実現した。以下に説明する。装置構成は図１あるいは図６に示すものとほぼ同じで動作も同じであるが、測定対象物の設置位置には、電流の流れる配線を配備した。本実施例では、磁気ヘッドの励磁電流をモニタする場合で説明する。
【００４４】
時間的に変化する励磁電流の波形が映し出される原理を模式的に図９に示した。磁界発生回路２１からの電流は、配線を流れ、その近傍を電子線１０が通過する。配線の周囲には電流量と配線からの距離に応じた磁界が発生しており、この磁界によって電子線１０はローレンツ力を受けて偏向し、その軌道を曲げられる。さらにその電子線１０は被測定磁界の下方に設置された静電偏向器１３によって磁界の偏向方向と垂直な向きに偏向される。つまり、検出器上には配線がつくる磁界による偏向方向の軸と時間軸とが直交して形成され、映し出される電子線の軌跡は波形あるいは図形として励磁電流の時間変化を示す。
【００４５】
実施例１および実施例２と同様に、偏向した電子線は、結像面が調節され、所望の倍率に拡大され、画像検出器１４で検出される。得られる波形あるいは図形は、入力する信号や図１や図６に示した装置構成によって異なるが、磁界の測定と同様に、検出器上に映し出される電子線の軌跡から、電流の時間変化をモニタすることができた。磁気ヘッド励磁電流の場合、配線を流れる電流が数十ｍＡであるのに対し、電子線のプローブ電流がμＡオーダであり非常に小さく、電子線が配線の近傍を通過することによって励磁電流波形に与える影響はほとんど無視できるほど極めて小さく、正確な励磁電流波形のモニタが可能となった。
【００４６】
【発明の効果】
動作している磁気記録ヘッドの磁界測定や励磁電流測定など、時間的に変化するデバイスの磁気特性および電気特性の測定や評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置構成例を示す図である。
【図２】本発明の信号波形の例を示す図である。
【図３】本発明の測定原理を説明する図である。
【図４】本発明の電子線偏向方向を示す図である。
【図５】本発明で得られる波形の例を示す図である。
【図６】本発明の第2の装置構成例を示す図である。
【図７】本発明の第2の装置構成での信号波形の例を示す図である。
【図８】本発明の第2の装置構成での信号波形の例を示す図である。
【図９】本発明の電流波形の測定原理を示す図である。
【図１０】従来の電流波形を測定する技術を示す図である。
【図１１】本発明で得られる波形の他の例を示す図である。
【符号の説明】
４…抵抗、５…静電偏向器、１０…電子線、１０１…電子源、１０２…電極、
１１…ストロボパルス電子線、
１１１…レンズ、１１２…レンズ、１１３…レンズ、１１４…レンズ、１１５…レンズ、１１６…レンズ、１１７…レンズ、
１２…被測定磁界、１３…静電偏向器、１４…画像検出器、１５…位置検出器、２１…磁界発生回路、２１１…分周器、
２２…偏向信号発生回路、２２１…遅延回路、
２３…走査信号発生器、２３１…遅延回路、
２４…静電偏向器、２５…絞り板、２６…絞り板、２７…走査偏向器、２８…磁気ヘッド、３０１…表示手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波で動作している磁気記録ヘッドの磁界測定や励磁電流測定など、時間的に変化するデバイスの磁気特性および電気特性の測定を行う方法および装置に属する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線を用いた物性の評価方法は高い空間分解能を有し、また電子線が磁気に対して感度を持つことから、磁性材料の様々な特性の評価や観察に用いられている。一方、磁気ヘッドなどの磁気デバイスの動作は年々高速になってきており、その特性の評価には、高い空間分解能だけでなく、高速で変化する磁気特性の観察が可能であること、すなわち時間分解能が高いことも必要になってきている。
【０００３】
電子線を用いて、時間的に変化する磁気特性を観察する方法としては、例えば、「アイ イー イー イー トランスアクション オン マグネティクス ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．２ Ｍａｒｃｈ １９９２」で述べられている方法がある。高周波で動作している磁気ヘッドの記録磁界分布を測定するために、この方法ではヘッドの動作周期に同期させて電子線をストロボ状にして磁界中に通し、周期的に変化する磁界分布の特定の位相での情報のみを抽出する。位相を任意に決めることができ、動作周期中のどのタイミングでも磁界分布を測定できる。
【０００４】
また、高周波で動作している磁気ヘッドの励磁電流をモニタする場合は、電流プローブで配線を流れる電流波形を観察する手法が広く用いられている。これは、配線近傍に設置した電流トランスによって生じる起電力を検出するもので、終端してオシロスコープなどにつないで波形として表示するものである。さらに、時間的に変化するヘッド励磁電流の別の観察方法としては、例えば「特開４−３７２８８７公報」で述べられている方法がある。この方法では、図１０に示すように磁気ヘッドに直列に抵抗４を挿入し、両端に発生する電圧を静電偏向器５に供給する。この静電偏向器５に磁界を測定するものと同じタイミングのストロボパルス電子線１１を通し、その偏向量を位置検出器１５で検出して電流値に換算する方法がある。すなわち、電流を電界に変換して電流を測定するものである。電流プローブを用いないこの方法は、電子線をストロボ状にし、繰り返し変化する磁気ヘッドの周期に合わせてストロボ電子線を照射し、特定の位相での情報のみを抽出し、さらにそのタイミングを少しずつ変化させてサンプリングすることにより、特定の時間範囲にわたっての励磁電流波形の測定が可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の技術で述べた電子線を用いる方法では、電子線を高速の偏向器と絞りを用いてブランキングしてストロボ状にする必要があり、ストロボ状の電子線パルスの時間幅は、測定に必要な時間分解能で決められていた。例えば、動作１周期をＴとし、これを測定するのに必要な時間分解能を１周期の２０分の１とすると、パルス時間幅はＴ／２０以下が必要である。
【０００６】
電子線パルスを生成するには、高速の静電偏向器と小さな穴の空けられた絞り板が用いられる場合が多い。今仮に、絞り上で収束された電子線を±1Ｖで偏向させるとする。偏向量と絞りの穴径の比が、５：１の場合、１ｎｓのパルス時間幅が必要な場合は電圧信号の反転時間は５ｎｓ、０．１ｎｓの電子線パルス時間幅が必要な場合は、０．５ｎｓの反転時間が必要になる。
【０００７】
最近では磁気ヘッドなどの磁気デバイスの動作周波数が急激に上昇していることから、測定の高時間分解能化が求められるようになり、電子線パルスの時間幅も年々短いものが求められるようになってきていた。しかし、上記の方法でパルス幅を短くしていく場合、反転時間の短い信号を静電偏向器に入力すると、配線や負荷によって反射やオーバーシュートなどが発生し、非線型の入力信号となって、結果的に正確な反転時間での電子線の偏向ができなくなる。すなわち、従来の技術では非常に短い時間幅での電子線パルスを正確に発生できなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、高速に反転する電圧信号を用いることなしに、すなわち電子線をストロボ状のパルスにせずに、高時間分解能で高周波の磁界の測定を実現することを目的としている。
【０００９】
また、従来技術では磁気ヘッドを動作させるための高周波電流をモニタする場合に、電流プローブを用いると、その負荷が電流回路そのものに影響を与えて波形が歪んでしまい、励磁状態の正確な電流波形を測定できないという問題があった。本発明は、電流をモニタする際に、電流トランスを用いないことにより回路に負荷を与えず、高感度で正確な電流モニタを実現することをもうひとつの目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、磁界測定装置を、荷電粒子線源と、荷電粒子線を収束させる手段と、被測定磁界を発生する手段と、前記被測定磁界の所望の位置に前記荷電粒子線を通過させる手段と、前記被測定磁界による前記荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段と、前記別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して前記荷電粒子線の偏向を制御する手段と、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大する手段と、拡大された前記偏向量を検出する２次元の検出手段と、前記検出手段に検出された前記荷電粒子線の軌跡を表示する表示手段で構成するようにした。
【００１１】
また、前記荷電粒子線源と前記被測定磁界を発生させる手段との間で前記荷電粒子線の前記被測定磁界中への照射と非照射を行う手段と、前記磁界中への照射と非照射を行う手段に信号を供給して前記荷電粒子線の前記磁界中への照射と非照射を制御する手段を設けるようにした。
【００１２】
また、本発明は、荷電粒子線との相互作用を利用して磁界を測定する方法において荷電粒子線源より荷電粒子線を発生させ、該荷電粒子線を収束させるステップと、信号により被測定磁界を発生させ、その磁界の所定の位置に前記収束した荷電粒子線を通過させるステップと、磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を信号により偏向させ、その際供給する信号により該偏向を制御するステップと、被測定磁界と荷電粒子線を偏向させるための信号を一定の周期で変化させるステップと、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大し、拡大された前記偏向量を２次元の検出手段で検出するステップと、検出された荷電粒子線の軌跡を表示するステップを含むようにした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に述べる。
【００１４】
まず、粒子線源としての電子線源、電子線の収束手段、被測定対象場である磁界あるいは電界、前記電子線の偏向手段、偏向した前記電子線の偏向量の拡大手段、２次元の検出手段の順で配置する。電子線は、収束手段によって被測定対象場の近傍に収束され、走査偏向手段で被測定対象場の所望の位置に合わせられる。被測定対象場は、それを発生させる手段で作られるが、その手段は対象場を時間的に変化させるために例えば電気回路に接続されている。電気回路には周期的な変化を繰り返すように信号が流れている。この周期的信号をそのままの周期か或いは分周してトリガとして取り出し、波形発生器に入力する。波形発生器は例えば鋸波や三角波を発生しており、この波形が偏向手段に入力され、波形の直線部分を利用して一定の速度で電子線が偏向される。偏向手段による電子線の偏向方向は被測定対象物の変化による電子線の偏向方向に垂直となるようにセットされている。偏向量を拡大する手段で結像位置と倍率を調整することにより、被測定対象場中に電子線を通した位置での時間変化として、波形あるいはそれに相当する図形が２次元の検出・表示器上に映し出される。この時、時間分解能は２次元の検出器上での面内分解能に依存する。なお、以下の実施例では、全て電子線を用いる場合で説明するが、磁界や電界に感度のある荷電粒子線であれば電子線以外でも構わない。また、さらに多次元の検出・表示も可能である。
【００１５】
また、本実施の形態としては、上記の構成の電子線源から偏向量の拡大手段の間のどこかに、電子線の照射と非照射を制御する手段を設けて、この制御信号のタイミングも被測定対象場を変化させる周期的信号に同期させるか分周して同期させる。これにより、検出器に映し出される波形をさらに見やすいものにすることができる。
以下に、上記形態で実施した本発明の例を記述する。
【００１６】
（実施例１）
本実施例の装置構成を図１に断面図で示した。真空鏡体中に電子源１０１、電極１０２があり、これらによって電子線１０を発生する。この電子線を所望の開き角にするため、磁界レンズ１１１を用いて、絞り板２５の穴を通す。さらに、静電偏向器２４の間を通し、絞り板２６の穴を通す。ここを通過した電子線１０は、レンズ１１２、走査偏向器２７、レンズ１１３を通り、被測定磁界１２の所望の位置に所望のビーム径で通される。本実施例では、被測定磁界の発生手段として磁気ヘッド２８を用いた。磁気ヘッド２８には磁界発生回路２１からの信号が入力され、被測定磁界１２は周期的に変化している。被測定対象場が電界である場合は、電界を時間的に変化させる信号発生器を磁界発生回路２１の代りに用いれば良い。
【００１７】
なお、本実施例では、電子線を使った装置で説明するが、磁界や電界に感度を有するイオンビームなどの他の荷電粒子線でも構わない。また、以下の被測定対象場は磁界で説明するが、荷電粒子線の偏向を伴うものであれば電界などの他の対象でも実施できる。
【００１８】
被測定磁界１２を通過した電子線１０は、さらに静電偏向器１３を通過する。静電偏向器１３には、磁気ヘッド２８に入力する周波数以下の信号が入力される。入力信号の例を図２に示す。今、磁界発生回路２１から発生されるヘッド励磁信号を１ＧＨｚとする。分周器２１１によりヘッド励磁信号を例えば１／４に分周し、２５０ＭＨｚのトリガ信号を生成する。分周比ＤＲは任意であり、
ＤＲ ＝ １ ／ ｎ （ｎは自然数） （数１）
で示すことが出来る。
【００１９】
トリガ信号は二つに分けられて、遅延回路２２１と遅延回路２３１に入力され、遅延量を決められた後、それぞれ偏向信号発生器２２と走査信号発生器２３に入力される。走査信号発生器２３は静電偏向器１３に信号を供給するための偏向信号発生器であるが、静電偏向器２４に信号を供給する偏向信号発生器２２と区別するため、本実施例では、名称を走査信号発生器とする。また本実施例では分周期を一つ用いる構成としたが、偏向信号発生器２２と走査信号発生器２３のそれぞれに用いても良い。また、本実施例の構成では、トリガ信号を受ける遅延回路が並列になっているが、これを直列にして、１段目と２段目のそれぞれから取り出した信号を偏向信号発生器２２と走査信号発生器２３に入力する構成でも構わない。
【００２０】
偏向信号発生器２２は、図２に示す例えば矩形波の電子線照射信号を静電偏向器２４に供給する。信号が０Ｖの場合、電子線は絞り板２６の穴を通過し、それ以外の場合は穴を通過しない。本実施例の場合は、ヘッド励磁信号の４周期に１回、励磁信号の約２周期分に相当する電子線が絞り板２６の穴を通過することとした。一方、走査信号発生器２３は、静電偏向器１３に図２に示す挿引偏向信号を供給する。本実施例では、偏向挿引信号はヘッド励磁信号の４倍の周期の三角波を用いた。
【００２１】
この時にヘッド磁界の波形が映し出される原理を模式的に図３に示した。磁気ヘッド２８の磁界１２によって電子線１０はローレンツ力を受けて偏向し、その軌道を曲げられる。さらにその電子線２８は被測定磁界の下方に設置された静電偏向器１３によって磁界の偏向方向と垂直な向きに偏向される。つまり、検出器上には磁界による偏向方向の軸と時間軸とが直交して形成され、映し出される波形は磁界の時間変化を示す波形となる。
【００２２】
図１で被測定磁界１２の所望の位置に通された電子線は、レンズ１１４、１１５、１１６、１１７、によって結像面が調節され、所望の倍率に拡大され、画像検出器１４で検出される。画像検出器１４には例えばフィルムやＣＣＤカメラ、撮像管などの２次元の画像検出器が用いられる。図４にその様子を模式的に示した。静電偏向器１３はその偏向方向が被測定磁界による偏向方向と直角になるように回転することができる。本実施例の静電偏向器１３は、２枚の電極で構成された平行平板電極であるが、この他に、８極子静電レンズや１２極子静電レンズなどの多極子レンズを用いることもできる。レンズ１１４、１１５、１１６、１１７によって、例えば図４の磁気ヘッド２８と静電偏向器１３の間に示した点線位置の面を画像検出器１４に結像させると、例えば図５の右の図ような２周期分の波形を得ることができる。この時の磁界による偏向方向を確認したところ図５の左の図のように観察され、静電偏向器１３の電界による挿引偏向の方向と垂直方向であることが確認された。画像検出器１４上に結像させる面の位置は、被測定磁界１２による電子線１０の偏向中心以外で、かつ静電偏向器１３の偏向中心以外であれば良く、画像検出器１４上の波形のバランスを見ながらその拡大倍率と共に調整される。得られた電子線の軌跡が波形として得られ、これに時間軸と磁界の軸を付加することによって、動磁界の測定結果を評価解析することができた。
【００２３】
また、本実施例では磁界や電界などの空間の存在する場の測定について述べたが、材料中の磁化状態の時間的変化やキャパシタの動的な状態解析にも本手法を用いることができる。
【００２４】
さらに、上記荷電粒子線の上記被測定磁界による偏向方向と、上記被測定磁界とは別の偏向手段による上記荷電粒子線の偏向方向とのなす角度は９０度であるようにした。
【００２５】
また、上記荷電粒子線が、被測定磁界、偏向手段の順で通過するように配置するようにした。
【００２６】
さらにまた、上記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に上記荷電粒子線を偏向する手段に供給する偏向信号の周波数が、上記被測定磁界の周波数以下であるようにした。
【００２７】
また、上記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に上記荷電粒子線を偏向する手段に供給する偏向信号の波形が、三角波あるいは鋸波であるようにした。
【００２８】
さらに、上記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に上記荷電粒子線を偏向する手段による荷電粒子線の偏向方向を任意に設定するようにした。
【００２９】
また、荷電粒子線源と、荷電粒子線を収束させる手段と、被測定電流が流れる配線と、前記配線近傍の所望の位置に前記荷電粒子線を通過させる手段と、前記被測定電流の形成する磁界で前記荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段と、前記別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して前記荷電粒子線の偏向を制御する手段と、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大する手段と、拡大された前記偏向量を検出する２次元の検出手段と、前記検出手段に描かれた前記荷電粒子線の軌跡を表示する表示手段で構成するようにした。
【００３０】
さらに、荷電粒子線源と、荷電粒子線を収束させる手段と、被測定電界を発生する手段と、前記被測定電界の所望の位置に前記荷電粒子線を通過させる手段と、前記電界による前記荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段と、前記別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して前記荷電粒子線の偏向を制御する手段と、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大する手段と、拡大された前記偏向量を検出する２次元の検出手段と、前記検出手段に描かれた前記荷電粒子線の軌跡を表示する表示手段で構成するようにした。
【００３１】
さらに、荷電粒子線との相互作用を利用して磁界を測定する方法において、
荷電粒子線源より荷電粒子線を発生させ、該荷電粒子線を収束させるステップと、信号により被測定磁界を発生させ、その磁界の所定の位置に前記収束した荷電粒子線を通過させるステップと、荷電粒子線源と被測定磁界を発生させる手段との間で荷電粒子線の磁界中への照射と非照射を行うステップと、磁界中への照射と非照射を行う手段に信号を供給して荷電粒子線の磁界中への照射と非照射を制御するステップと、磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を信号により偏向させ、その際供給する信号により該偏向を制御するステップと、被測定磁界と荷電粒子線を偏向させるための信号を一定の周期で変化させるステップと、偏向した前記荷電粒子線の偏向量を拡大し、拡大された前記偏向量を２次元の検出手段で検出するステップと、検出された荷電粒子線の軌跡を表示するステップを含むようにした。
【００３２】
また、前記荷電粒子線の被測定磁界による偏向方向と、被測定磁界とは別の偏向手段による前記荷電粒子線の偏向方向とのなす角度を、９０度とするステップを含むようにした。
【００３３】
さらに、前記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段に供給する偏向信号の周波数を被測定磁界の周波数以下とするステップを含むようにした。
【００３４】
また、前記磁界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段に供給する偏向信号の波形を、三角波あるいは鋸波にするステップを含むようにした。
【００３５】
さらに、本発明は、電流波形測定方法において、荷電粒子線を発生させ、該荷電粒子線を収束させるステップと、配線に被測定電流を流し、配線近傍の所望の位置に荷電粒子線を通過させるステップと、被測定電流の形成する磁界で荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に荷電粒子線を偏向させ、別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して荷電粒子線の偏向を制御するステップと、被測定電流と荷電粒子線を偏向させるための信号を一定の周期で変化させ、偏向した荷電粒子線の偏向量を拡大するステップと、拡大された偏向量を２次元の検出手段で検出し、検出された荷電粒子線の軌跡を表示するステップを含むようにした。
【００３６】
さらにまた、本発明は、電界測定方法において、荷電粒子線を発生させ、荷電粒子線を収束させるステップと、被測定電界を発生させ、被測定電界の所望の位置に荷電粒子線を通過させるステップと、電界による荷電粒子線の偏向方向とは別の方向に荷電粒子線を偏向させ、別の方向に荷電粒子線を偏向する手段に信号を供給して荷電粒子線の偏向を制御するステップと、被測定電界と荷電粒子線を偏向させるための信号を一定の周期で変化させ、偏向した荷電粒子線の偏向量を拡大するステップと、拡大された前記偏向量を２次元の検出手段で検出し、検出された荷電粒子線の軌跡を表示するステップを含むようにした。
【００３７】
（実施例２）
本実施例では、実施例１で用いた電子線照射信号を使わずに実現した磁界の測定について説明する。
【００３８】
本実施例の装置構成を図６に断面図で示した。実施例１と同様に真空鏡体中に電子源１０１、電極１０２があり、これらによって電子線１０を発生する。電子線１０は、磁界レンズ１１１、１１２、１１３、および走査偏向器２７を通り、被測定磁界１２の所望の位置に所望のビーム径で通される。実施例1と同様に本実施例でも、被測定磁界の発生手段として磁気ヘッド２８を用いた。磁気ヘッド２８には磁界発生回路２１からの信号が入力され、被測定磁界１２は周期的に変化している。被測定対象場が電界である場合は、電界を時間的に変化させる信号発生器を磁界発生回路２１の代りに用いれば良い。
【００３９】
また、本実施例でも電子線を使った装置で説明するが、先の実施例と同様に磁界や電界に感度を有するイオンビームなどの他の荷電粒子線でも構わない。また、以下の被測定対象場は磁界で説明するが、荷電粒子線の偏向を伴うものであれば電界などの他の対象でも実施できる。
【００４０】
被測定磁界１２を通過した電子線１０は、さらに静電偏向器１３を通過する。静電偏向器１３に入力する信号の例を図７に示す。今、磁界発生回路２１から発生されるヘッド励磁信号を１ＧＨｚとし、同じ周波数のトリガ信号を使って、遅延回路２３１で所望の遅延量を決め、走査信号発生器２３で例えば三角波の挿引偏向信号を生成する。この場合の分周期２１１の分周比は１／１である。
【００４１】
図６で被測定磁界１２の所望の位置に通された電子線は、レンズ１１４、１１５、１１６、１１７、によって結像面が調節され、所望の倍率に拡大され、画像検出器１４で検出される。実施例１と同様に画像検出器１４には例えばフィルムやＣＣＤカメラ、撮像管などの２次元の画像検出器が用いられる。観察された図形は図７に示すようなものであり、これは波形の１周期を半分で折り返して一筆書きのようにした図形であることから、この図形に時間軸と磁界の軸を付加することによって、動磁界の測定結果を評価解析することができた。
図１１に得られた波形を示す。
【００４２】
また、この装置構成で別の信号を入力して磁界の波形を測定することができる。静電偏向器１３に入力する信号の例を図８に示す。今、磁界発生回路２１から発生されるヘッド励磁信号を１ＧＨｚとし、分周器２１１によって１／２に分周されたトリガ信号を得る。さらに遅延回路２３１でタイミングを調整した後、走査信号発生器２３で図８に示す鋸波の挿引偏向信号を生成する。この信号波形を使うことにより、図８に示す観察波形を得ることができ、これに時間軸と磁界の軸を付加することによって、動磁界の測定結果を評価解析することができた。
【００４３】
（実施例３）電流の測定
本発明の装置を使って、電流波形のモニタを実現した。以下に説明する。装置構成は図１あるいは図６に示すものとほぼ同じで動作も同じであるが、測定対象物の設置位置には、電流の流れる配線を配備した。本実施例では、磁気ヘッドの励磁電流をモニタする場合で説明する。
【００４４】
時間的に変化する励磁電流の波形が映し出される原理を模式的に図９に示した。磁界発生回路２１からの電流は、配線を流れ、その近傍を電子線１０が通過する。配線の周囲には電流量と配線からの距離に応じた磁界が発生しており、この磁界によって電子線１０はローレンツ力を受けて偏向し、その軌道を曲げられる。さらにその電子線１０は被測定磁界の下方に設置された静電偏向器１３によって磁界の偏向方向と垂直な向きに偏向される。つまり、検出器上には配線がつくる磁界による偏向方向の軸と時間軸とが直交して形成され、映し出される電子線の軌跡は波形あるいは図形として励磁電流の時間変化を示す。
【００４５】
実施例１および実施例２と同様に、偏向した電子線は、結像面が調節され、所望の倍率に拡大され、画像検出器１４で検出される。得られる波形あるいは図形は、入力する信号や図１や図６に示した装置構成によって異なるが、磁界の測定と同様に、検出器上に映し出される電子線の軌跡から、電流の時間変化をモニタすることができた。磁気ヘッド励磁電流の場合、配線を流れる電流が数十ｍＡであるのに対し、電子線のプローブ電流がμＡオーダであり非常に小さく、電子線が配線の近傍を通過することによって励磁電流波形に与える影響はほとんど無視できるほど極めて小さく、正確な励磁電流波形のモニタが可能となった。
【００４６】
【発明の効果】
動作している磁気記録ヘッドの磁界測定や励磁電流測定など、時間的に変化するデバイスの磁気特性および電気特性の測定や評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置構成例を示す図である。
【図２】本発明の信号波形の例を示す図である。
【図３】本発明の測定原理を説明する図である。
【図４】本発明の電子線偏向方向を示す図である。
【図５】本発明で得られる波形の例を示す図である。
【図６】本発明の第2の装置構成例を示す図である。
【図７】本発明の第2の装置構成での信号波形の例を示す図である。
【図８】本発明の第2の装置構成での信号波形の例を示す図である。
【図９】本発明の電流波形の測定原理を示す図である。
【図１０】従来の電流波形を測定する技術を示す図である。
【図１１】本発明で得られる波形の他の例を示す図である。
【符号の説明】
４…抵抗、５…静電偏向器、１０…電子線、１０１…電子源、１０２…電極、
１１…ストロボパルス電子線、
１１１…レンズ、１１２…レンズ、１１３…レンズ、１１４…レンズ、１１５…レンズ、１１６…レンズ、１１７…レンズ、
１２…被測定磁界、１３…静電偏向器、１４…画像検出器、１５…位置検出器、２１…磁界発生回路、２１１…分周器、
２２…偏向信号発生回路、２２１…遅延回路、
２３…走査信号発生器、２３１…遅延回路、
２４…静電偏向器、２５…絞り板、２６…絞り板、２７…走査偏向器、２８…磁気ヘッド、３０１…表示手段。
Claims (15)
- 荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源からの荷電粒子線を収束させる手段と、被測定磁界を発生する手段と、前記被測定磁界の所望の位置に前記収束された荷電粒子線を通過させ、それにより第一の方向に前記荷電粒子線を偏向する通過手段と、前記被測定磁界による前記荷電粒子線の第一の偏向方向とは別の第二の方向に前記荷電粒子線を偏向する偏向手段と、前記第二の方向に前記荷電粒子線を偏向する偏向手段に偏向信号を供給して前記荷電粒子線の偏向を制御する手段と、前記偏向手段によって偏向された前記荷電粒子線の偏向量を拡大する手段と、前記荷電粒子線の偏向量を検出する２次元の検出手段と、前記検出手段に描かれた前記荷電粒子線の軌跡を表示する表示手段とを有することを特徴とする磁界測定装置。
- 荷電粒子線源と、被測定磁界を発生する手段と、前記被測定磁界の所望の位置に前記荷電粒子線源からの荷電粒子線を通過させ、それにより第一の方向に前記荷電粒子線を偏向する通過手段と、前記被測定磁界による前記荷電粒子線の第一の偏向方向に対しておよそ９０度の角度をなす第二の方向に前記荷電粒子線を偏向する偏向手段と、前記偏向手段に偏向信号を供給して前記荷電粒子線の偏向を制御する手段と、前記荷電粒子線の偏向量を検出する２次元の検出手段とを有することを特徴とする磁界測定装置。
- 前記荷電粒子線を偏向する偏向手段に供給する偏向信号の周波数は前記被測定磁界の周波数以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁界測定装置。
- 前記荷電粒子線を偏向する偏向手段に供給する偏向信号の波形が三角波あるいは鋸波であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁界測定装置。
- 前記被測定磁界を発生する手段は測定される電流が流れる配線を含み、前記被測定磁界の所望の位置に前記荷電粒子線を通過させる前記通過手段は前記配線の近傍に前記荷電粒子線を通過させることを特徴とする請求項１または２に記載の磁界測定装置。
- 前記荷電粒子線源と、前記被測定磁界を発生する手段の間の位置において前記被測定磁界への前記荷電粒子線の照射をオンオフするスイッチング手段と、前記被測定磁界への前記荷電粒子線の照射および非照射を制御するために前記スイッチング手段に信号を供給する手段を、更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載の磁界測定装置。
- 前記被測定磁界と前記偏向手段は、前記荷電粒子線が前記偏向手段を通過する前に前記被測定磁界を通過するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁界測定装置。
- 前記荷電粒子線の前記偏向手段によって偏向される前記荷電粒子線の前記第二の偏向の方向は、前記第一の方向に対して回転して調節することを特徴とする請求項１または２に記載の磁界測定装置。
- 前記被測定磁界を発生する手段は、測定される電流が流れる配線を含み、前記被測定磁界の所望の位置に前記荷電粒子線を通過させる手段は、前記配線の近傍で前記荷電粒子線を通過させることを特徴とする請求項１または２に記載の磁界測定装置。
- 荷電粒子線源と、前記荷電粒子線源からの荷電粒子線を収束させる手段と、被測定電界を発生する手段と、前記被測定電界の所定の位置に前記荷電粒子線を通過させ、それにより第一の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段と、前記第一の方向とは別の第二の方向に前記荷電粒子線を偏向する手段と、前記第二の方向へ前記荷電粒子線を偏向する手段に偏向信号を供給する手段と、前記荷電粒子線が前記第二の方向に偏向された後に前記荷電粒子線の偏向量を拡大する手段と、前記偏向量を検出する２次元の検出手段と、前記検出手段により検出された前記荷電粒子線の軌跡を表示する表示手段とを有することを特徴とする電界測定装置。
- 荷電粒子線との相互作用を利用して磁界を測定する方法において、
荷電粒子線源より荷電粒子線を発生させるステップと、該荷電粒子線を収束させるステップと、所定の周期で変化する第一の信号を用いて被測定磁界を発生させるステップと、被測定磁界の所定の位置において前記収束された荷電粒子線を通過させ、第一の方向に該荷電粒子線を偏向するステップと、前記第一の信号に基づく第二の制御信号を用いて前記第一の方向とは異なる第二の方向に前記荷電粒子線を偏向するステップと、前記荷電粒子線の第二の方向への偏向量を拡大するステップと、２次元の検出手段を用いて前記拡大された偏向量を検出するステップと、前記荷電粒子線の検出された軌跡を表示するステップとを含むことを特徴とする磁界測定方法。 - 前記被測定磁界への前記荷電粒子線の照射のオンオフをスイッチするステップと、前記被測定磁界への前記荷電粒子線の照射及び非照射を制御するスイッチング手段に前記第一の信号に関係する第三の信号を供給するステップとを更に含むことを特徴とする請求項１１に記載の磁界測定方法。
- 前記被測定磁界を発生させるステップは、配線を通して電流を流すステップを含み、前記被測定磁界を通過するよう前記荷電粒子線を通過させるステップは、前記配線の近傍に前記荷電粒子線を通過させるステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の磁界測定方法。
- 前記第一の方向と前記第二の方向のなす角度は、およそ９０度であることを特徴とする請求項１１に記載の磁界測定方法。
- 前記第一の信号の周波数は前記第二の制御信号の周波数と少なくも同じ高さであることを特徴とする請求項１１に記載の磁界測定方法。
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