JP4247230B2 - 磁化観察方法および磁化観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体の磁区構造を観察することができる磁化観察方法および磁化観察装置に関し、特に、磁性体まで光を誘導する光学系と、磁性体から帰還する光に基づき磁気光学効果の検出値を特定する検出信号を出力する受光素子とを備える磁化観察装置に関する。

なお、この明細書および請求の範囲では、磁界強度には規定の方向に従って正の値と負の値とが特定されるものとする。同様に、磁界強度には「０（ゼロ）」値が含まれるものとする。

いわゆるカー顕微鏡は広く知られる。このカー顕微鏡では磁性体に所定の偏光状態で光が照射される。磁性体から反射する光では磁気カー効果に基づき偏光面の回転や反射率の増減といった偏光状態の変化が引き起こされる。この偏光状態の変化に基づき磁化は検出される。

磁性体の表面状態は偏光状態や反射率に影響する。磁性体の表面状態が悪ければ、磁気カー効果とは関連なしに偏光面の回転や反射率の増減は引き起こされてしまう。こういった偏光状態の変化量は、しばしば、磁気カー効果で生成される偏光状態の変化量を上回る。こういった場合には、磁性体で確立される磁区構造は明瞭に観察されることはできない。表面状態の良し悪しに拘わらず明瞭に磁性体の磁区構造を検出する術が模索される。
特開平５−２９６８４１号公報 特開平５−２１５８２８号公報 特開平２−０４０５７９号公報 特開平２−０４０５８０号公報 特開平６−０２７２１０号公報 K. Shirae, K. Sugiyama, "A CCD image sensor and a microcomputer make magnetic domain observation clear and convenient" Journal of Applied Physics, 1982, 53(11), pp8380-8382 D.A. Herman, Jr., et al. "Bloch lines, cross ties, and taffy in permalloy (invited)" Journal of Applied Physics, 1987, 61(8), pp4200-4206 Mark E. Re, et al. "Magneto-optic investigation of thin-film recording heads" Journal of Applied Physics, 1984, 55(6), pp2245-2247 永井利明ほか，「広帯域カー顕微鏡による垂直・面内磁化成分測定法」，第２６回日本応用磁気学会学術講演概要集，２００２年，ｐ．３９８

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、磁性体の表面状態に拘わらず明瞭な磁区構造の観察に大いに貢献することができる磁化観察方法および磁化観察装置を提供することを目的とする。本発明は、磁壁の位置だけでなく、隣接する磁区内で磁化の方向の特定に大いに役立つ磁化観察方法および磁化観察装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１発明によれば、所定の方向に沿って磁性体に指定の磁界強度Ｈ_０で磁界を印加する工程と、磁気光学効果に基づき磁性体の磁化を検出し、磁化の第１検出値を特定する工程と、指定の磁界強度Ｈ_０よりも小さな第１磁界強度Ｈ_１の磁界内で磁性体の磁化を検出し、磁化の第２検出値を特定する工程と、指定の磁界強度Ｈ_０よりも大きな第２磁界強度Ｈ_２の磁界内で磁性体の磁化を検出し、磁化の第３検出値を特定する工程と、２：−１：−１の重み付けに基づき第１、第２および第３検出値を加算する工程とを備えることを特徴とする磁化観察方法が提供される。

第１磁界強度Ｈ_１で磁界が磁性体に作用すると、磁性体では磁界の減少に伴い磁壁は移動する。第２磁界強度Ｈ_２で磁界が磁性体に作用すると、磁性体では磁界の減少に伴い磁壁は移動する。こういった磁壁の移動は個々の測定点（観察点）で磁化の回転を生み出す。前述の重み付けで第１、第２および第３検出値が加算されると、磁壁の移動範囲では磁化ベクトルは残存する。第１、第２および第３検出値には均等にノイズが含まれることが想定されることから、重み付けに基づきノイズは相殺される。純粋な磁化ベクトルは特定される。その一方で、磁壁の移動範囲から外れた領域では検出値で磁化は打ち消される。こうして磁壁のみが際立たせられる。したがって、磁性体の表面状態に拘わらず明瞭な磁区構造は視覚化されることができる。

しかも、磁壁を挟んで磁区同士の間では磁化の向きは区別される。こうした磁化の向きが視覚化されれば、磁区内で磁化の向きは比較的に簡単に特定されることができる。視覚化にあたって、前述の加算の結果に基づき画素は色分けされればよい。重み付けの実現にあたって、出力値ｔ（Ｈ_０）、第１検出値ｓ（Ｈ_０）、第２検出値ｓ（Ｈ_１）および第３検出値ｓ（Ｈ_２）の間には、

が成立すればよい。

磁性体の観察にあたって磁性体内で磁化の飽和は回避されることが望まれる。磁性体内で磁化が飽和してしまうと、磁区の構造は破壊されてしまう。磁壁同士の接続関係が変化してしまうことが予想される。第１磁界強度Ｈ_１は、磁化の飽和を誘引する磁界強度よりも十分に大きな値に設定されればよい。第２磁界強度Ｈ_２は、磁化の飽和を誘引する磁界強度よりも十分に小さな値に設定されればよい。こうして第１磁界強度Ｈ_１や第２磁界強度Ｈ_２が設定されれば、磁性体内に確立される磁壁同士の接続関係は確実に維持されることが予想される。ただし、第１磁界強度Ｈ_１は、第１検出値と第２検出値との間に相違を生み出す大きさに設定される。同様に、第２磁界強度Ｈ_２は、第１検出値と第３検出値との間に相違を生み出す大きさに設定される。こうして磁壁の移動が生み出されれば、磁壁は確実に検出されることができる。

その他、前述の磁化観察方法は例えばソフトウェアプログラムで実現されてもよい。こういったソフトウェアプログラムは、例えば、指定の磁界強度Ｈ_０の磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第１検出信号を取得する工程と、指定の磁界強度Ｈ_０よりも小さな第１磁界強度Ｈ_１の磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第２検出信号を取得する工程と、指定の磁界強度Ｈ_０よりも大きな第２磁界強度Ｈ_２の磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第３検出信号を取得する工程と、２：−１：−１の重み付けに基づき、第１、第２および第３検出信号でそれぞれ特定される磁化の検出値を加算する工程とをプロセッサに実行させればよい。ソフトウェアプログラムは、特定の記憶装置内に格納されてもよく、コンパクトディスク（ＣＤ）やデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）といった可搬性の記録媒体に格納されてもよい。

第２発明によれば、指定の磁界強度よりも小さな第１磁界強度範囲で変化する磁界を磁性体に作用させる工程と、第１磁界強度範囲内の磁界の変化中に磁性体の磁気光学効果に基づき磁化の変化の有無を検出する工程と、指定の磁界強度よりも大きな第２磁界強度範囲で変化する磁界を磁性体に作用させる工程と、第２磁界強度範囲内の磁界の変化中に磁性体の磁気光学効果に基づき磁化の変化の有無を検出する工程とを備えることを特徴とする磁化観察方法が提供される。

一般に、磁界の磁界強度が変化すると、磁性体では磁区の拡大や縮小が引き起こされる。その結果、磁壁は移動する。磁界の変化中に特定の測定点が磁壁に横切られると、その測定点で磁化の向きは回転する。したがって、磁界の変化に伴って磁化の変化が検出されれば、磁壁の位置は特定されることができる。

いま、特定の磁区の内側で測定点を想定する。磁区が縮小すると、その測定点は磁壁に横切られる。磁化の回転は検出される。その一方で、磁区が拡大しても、測定点では磁化の回転は検出されない。言い換えれば、第１磁界強度範囲で磁化の変化が検出される場合と、第２磁界強度範囲で磁化の変化が検出される場合とでは磁壁の移動と磁界の増減との関係は区別されることができる。こうして個々の磁区内で磁化の向きに関する情報は得られることができる。

変化の有無の検出にあたって、第１および第２磁界強度範囲で磁界強度は増大すればよい。この場合には、磁化の変化に相当する磁化の増大が検出されればよい。磁化の増大の検出にあたって磁化の変化に基づき微分値は特定されればよい。微分値の特定にあたって、磁化観察方法は、例えば、第１および第２磁界強度範囲で離散的に磁界強度を増大させる工程と、個々の磁界強度ごとに磁気光学効果に基づき磁性体の磁化を検出し、個々の磁界強度ごとに磁化の検出値を特定する工程と、今回の検出値から前回の検出値を差し引き、磁化の変化値を算出する工程とを備えればよい。

その他、変化の有無の検出にあたって、第１および第２磁界強度範囲で磁界強度は減少してもよい。この場合には、磁化の変化に相当する磁化の減少は検出されればよい。磁化の減少の検出にあたって磁化の変化に基づき微分値は特定されればよい。微分値の特定にあたって、この種の磁化観察方法は、第１および第２磁界強度範囲で離散的に磁界強度を減少させる工程と、個々の磁界強度ごとに磁気光学効果に基づき磁性体の磁化を検出し、個々の磁界強度ごとに磁化の検出値を特定する工程と、今回の検出値から前回の検出値を差し引き、磁化の変化値を算出する工程とを備えればよい。

その他、前述の磁化観察方法は例えばソフトウェアプログラムで実現されてもよい。こういったソフトウェアプログラムは、例えば、指定の磁界強度よりも小さな第１磁界強度範囲で変化する磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第１検出信号を取得する工程と、第１検出信号に基づき磁化の変化の有無を検出する工程と、指定の磁界強度よりも大きな第２磁界強度範囲で変化する磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第２検出信号を取得する工程と、第２検出信号に基づき磁化の変化の有無を検出する工程とをプロセッサに実行させればよい。ソフトウェアプログラムは、特定の記憶装置内に格納されてもよく、コンパクトディスク（ＣＤ）やデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）といった可搬性の記録媒体に格納されてもよい。

第３発明によれば、波形信号に基づき特定の周期で変化する磁界を磁性体に作用させる工程と、磁気光学効果に基づき磁性体の磁化を検出し、磁化の検出値を特定する工程と、特定された検出値に、波形信号に特定の位相関係で同期しつつ波形信号の２倍の周波数で周期的に変化する数値を掛け合わせる工程とを備えることを特徴とする磁化観察方法が提供される。

一般に、磁界の磁界強度が変化すると、磁性体では磁区の拡大や縮小が引き起こされる。その結果、磁壁は移動する。磁界の変化中に特定の測定点が磁壁に横切られると、その測定点で磁化の向きは急に回転する。したがって、磁界の変化に伴って磁化の急変が検出されれば、磁壁の位置は特定されることができる。

このとき、磁化の検出値と前述の数値との積では磁化の変化は強調されることができる。しかも、波形信号の２倍の周波数で周期的に数値が変化する場合には、磁壁の移動方向と磁界の増減との関係に応じて積では異なる符号（＋、−）が特定されることができる。こうして算出結果に基づき磁化の検出値が視覚化されれば、磁壁の位置は特定されることができる。しかも、磁区内で磁化の向きは比較的に簡単に推測されることができる。

こうした磁化観察方法は、検出値と数値との乗算結果に積分処理を施す工程をさらに備えてもよい。こういった積分処理によれば、磁化の変化は確実に検出されることができる。波形信号の極大値および極小値を示す位相は、数値の極大値および極小値のいずれかを示す位相に一致すればよい。こういった位相差によれば、磁化の変化は確実に特定されることができる。

検出値には、前述の数値との掛け合わせに先立って微分処理が施されてもよい。こういった微分処理によれば、磁化の変化は一層確実に検出されることができる。ただし、この場合には、波形信号の極大値および極小値を示す位相は、数値で極大値および極小値の中間値を示す位相と一致することが望まれる。

以上のような磁化観察方法の実現にあたって、カー顕微鏡といった磁化観察装置は、例えば、波形信号に基づき特定の周期で変化する磁界を生成する磁界生成機構と、磁界生成機構で生成される磁界に曝される磁性体まで光を誘導する光学系と、磁性体から帰還する光に基づき検出値を特定する検出信号を出力する受光素子と、受光素子に接続されて、波形信号に特定の位相関係で同期しつつ波形信号の２倍の周波数で周期的に変化する周期信号を検出信号に掛け合わせる掛け算器とを備えればよい。積分処理の実現にあたって、掛け算器にはローパスフィルタが接続されればよい。微分処理の実現にあたって、掛け算器および受光素子の間にはハイパスフィルタが配置されればよい。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係るカー顕微鏡の構造を概略的に示す。このカー顕微鏡１１は可動ステージ１２を備える。可動ステージ１２には例えば１水平面に沿って広がる支持面１３が規定される。支持面１３に測定対象物すなわち磁性体１４は受け止められる。可動ステージ１２は少なくとも１水平面内で移動することができる。可動ステージ１２の移動はステージドライバ１５から供給される電気信号に基づき制御される。

可動ステージ１２には磁界生成機構１６が関連付けられる。この磁界生成機構１６は例えば１対の電磁石１７、１７で構成されればよい。電磁石１７、１７は、電磁石ドライバ１８から供給される電流の大きさや向きに応じて所望の磁界強度で磁界１９を生成する。こうした磁界１９の働きで支持面１３上の磁性体１４には規定の方向に沿って磁束が流通する。

カー顕微鏡１１は光源２１をさらに備える。光源２１には例えば波長４００ｎｍのレーザビームを出力するレーザダイオードが用いられればよい。レーザビームは可動ステージ１２の支持面１３に向かって出力される。レーザビームでは例えば直線偏光が確立される。

光源２１および可動ステージ１２の間には光学系２２が配置される。この光学系２２は、例えば可動ステージ１２に向き合わせられる対物レンズ２３を備える。光源２１および対物レンズ２３の間には例えばビームスプリッタ２４が配置される。光源２１から出力されるレーザビームはビームスプリッタ２４を通過する。その後、レーザビームは対物レンズ２３から磁性体１４に照射される。対物レンズ２３は磁性体１４の表面に微小なビームスポットを形成する。こうしてレーザビームは指定の偏光面で磁性体１４まで誘導される。レーザビームは磁性体１４の表面で反射する。レーザビームは再び対物レンズ２３からビームスプリッタ２４に導かれる。このとき、前述の磁界生成機構１６は対物レンズ２３に関連付けられてもよい。

ビームスプリッタ２４には偏光ビームスプリッタ２５が向き合わせられる。磁性体１４から帰還するレーザビームはビームスプリッタ２４で反射する。レーザビームはビームスプリッタ２４から偏光ビームスプリッタ２５に導かれる。偏光ビームスプリッタ２５は相互に直交する偏光面でレーザビームを分解する。

偏光ビームスプリッタ２５の背後には受光素子すなわちフォトディテクタ２６、２６が配置される。偏光ビームスプリッタ２５で分解されたレーザビームは、集光された後に、偏光面ごとにフォトディテクタ２６で検出される。こうして偏光面ごとにレーザビームは電気信号に変換される。

フォトディテクタ２６、２６には差動アンプ２７が接続される。差動アンプ２７は２つの電気信号の差分を導き出す。こうした差分に基づき偏光面の回転は検出される。

差動アンプ２７にはアナログデジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）２８が接続される。Ａ／Ｄコンバータ２８は差動アンプ２７から出力されるアナログの電気信号からデジタル信号を生成する。Ａ／Ｄコンバータ２８にはコンピュータ装置２９が接続される。コンピュータ装置２９は、Ａ／Ｄコンバータ２８から供給されるデジタル信号すなわち検出信号を取得するプロセッサ（ＣＰＵ）３１を備える。ＣＰＵ３１の動作は例えば記憶装置３２に格納されるソフトウェアプログラムに基づき実現される。所定のソフトウェアプログラムが実行されると、ＣＰＵ３１はステージドライバ１５や電磁石ドライバ１８に所定の指令信号を供給する。記憶装置３２には、ＦＤＤ（フレキシブルディスク駆動装置）やＨＤＤ（ハードディスク駆動装置）、ＣＤ（コンパクトディスク）駆動装置、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）駆動装置、メモリといったものが用いられればよい。

コンピュータ装置２９にはディスプレイ装置３３が接続される。ディスプレイ装置３３の画面上にはイメージやテキストが表示されることができる。ＣＰＵ３１は前述の検出信号に基づきディスプレイ装置３３の画面上に磁区のイメージを描画することができる。

このカー顕微鏡１１では、ビームスプリッタ２４および偏光ビームスプリッタ２５の間に偏光分布制御機構３４が組み込まれる。この偏光分布制御機構３４には、図２に示されるように、例えば４枚の半波長板３５ａ〜３５ｄで構成される分割半波長板３５が用いられればよい。この分割半波長板３５は、１水平面で相互に接合される第１および第２半波長板３５ａ、３５ｂと、１垂直面で相互に接合される第３および第４半波長板３５ｃ、３５ｄとを備える。第１および第３半波長板３５ａ、３５ｃでは中性軸方位角は−２２．５°に設定される。その一方で、第２および第４半波長板３５ｂ、３５ｄでは中性軸方位角は＋２２．５°に設定される。

こういった分割半波長板３５では、磁気カー効果の働きで＋δ°に回転した偏光が通過すると、第１および第３半波長板３５ａ、３５ｃで（−４５−δ°）の偏光が確立される。同様に、第２および第４半波長板３５ｂ、３５ｄでは（４５−δ°）の偏光が確立される。その結果、第１および第３半波長板３５ａ、３５ｃと第２および第４半波長板３５ｂ、３５ｄとの間には９０°のずれが生み出されることができる。したがって、このカー顕微鏡１１によれば、例えば第１および第２半波長板３５ａ、３５ｂの境界に沿ってレーザビーム３６が透過すると、極カー効果は相互に打ち消される。こうして面内磁化ｘ成分は検出される。第３および第４半波長板３５ｃ、３５ｄの境界に沿ってレーザビーム３７が透過すると、極カー効果は相互に打ち消される。こうして面内磁化ｙ成分は検出される。レーザビーム３８が境界に触れずに第２半波長板３５ｂのみを透過すれば、垂直磁化成分は検出されることができる。

いま、薄膜の磁性体１４で面内磁化ｘ成分の検出に基づき磁区の構造を観察する場面を想定する。磁性体１４では、例えば図３に示されるように、隣接する磁区４１ａ、４１ｂ、４１同士の間に磁壁４２ａ、４２が確立される。

観察にあたって、まず、ＣＰＵ３１は磁性体１４の表面に複数の測定点を設定する。図３から明らかなように、測定点は例えば行列Ｌ×Ｍの格子状に配置される。測定点は、例えば、支持面１３に予め設定される平面座標（Ｘ，Ｙ）に従って特定されればよい。測定点の位置（Ｘ，Ｙ）にビームスポットの中心は位置合わせされる。隣接する測定点同士の間隔は均一に設定されればよい。隣接する測定点同士でビームスポットは重なり合ってもよく相互に離隔してもよい。

ＣＰＵ３１は所定のソフトウェアプログラムに従って処理動作を実現する。図４に示されるように、観察が開始されると、ＣＰＵ３１はステップＳ１で初期化を実施する。ステップＳ２では、ＣＰＵ３１の処理動作に基づき磁性体１４に指定の磁界強度Ｈ_０で磁界１９は印加される。磁界の印加にあたってＣＰＵ３１は所定の指令信号を生成する。生成される指令信号では電流の電流値や向きが特定される。こうした指令信号に基づき電磁石ドライバ１８は電磁石１７、１７に電流を供給する。電磁石１７、１７の働きで磁界強度Ｈ_０の磁界１９は生成される。生成された磁界１９はステージ１２上の磁性体１４に作用する。

ここで、磁界強度Ｈ_０には、規定の方向に沿って正の値および負の値が規定されることができる。言い換えれば、磁界強度Ｈ_０が負の値（Ｈ_０＜０）に設定されると、磁界１９の向きは反転する。負の値が減少すると、反転後の磁界は増大する。しかも、磁界強度Ｈ_０には「０（ゼロ）」値が含まれる。磁界強度Ｈ_０に「０」値が設定されると、電磁石１７、１７から磁界は発生されない。ただし、本明細書中ではいずれも磁界強度Ｈ_０の「磁界」と表現される。磁界強度Ｈ_０は適宜の値に設定されればよい。

ステップＳ３でＣＰＵ３１は第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）を取得する。第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）の取得にあたってビームスポットは位置（Ｘｉ，Ｙｊ）に位置決めされる。レーザビームは磁性体１４の表面から反射する。レーザビームでは磁性体１４の磁気カー効果の働きで偏光面の回転が引き起こされる。偏光面の回転は差動アンプ２７で定量化される。こうしてＡ／Ｄコンバータ２８は偏光面の回転量に応じた大きさで第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）を出力する。ＣＰＵ３１は例えば記憶装置３２に第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）を記録する。

ステップＳ４では、ＣＰＵ３１の処理動作に基づき磁界強度Ｈ_０よりも小さな磁界強度Ｈ_１（＜Ｈ_０）で磁性体１４に磁界１９は印加される。前述と同様に、磁界の印加にあたってＣＰＵ３１は所定の指令信号を生成する。こうした指令信号に基づき電磁石ドライバ１８は電磁石１７、１７に電流を供給する。電磁石１７、１７の働きで磁界強度Ｈ_１の磁界１９は生成される。生成された磁界１９はステージ１２上の磁性体１４に作用する。前述と同様に、磁界強度Ｈ_１には、負の値（Ｈ_１＜０）や「０（ゼロ）」値が設定されてもよい。

続くステップＳ５でＣＰＵ３１は第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）を取得する。第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）の取得にあたってビームスポットは位置（Ｘｉ，Ｙｊ）に保持される。Ａ／Ｄコンバータ２８は偏光面の回転量に応じた大きさで第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）を出力する。ＣＰＵ３１は例えば記憶装置３２に第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）を記録する。レーザスポット内で磁化の向きが変化しなければ、第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）は第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）に一致する。

ステップＳ６では、ＣＰＵ３１の処理動作に基づき磁界強度Ｈ_０よりも大きな磁界強度Ｈ_２（＞Ｈ_０）で磁性体１４に磁界１９は印加される。前述と同様に、磁界の印加にあたってＣＰＵ３１は所定の指令信号を生成する。こうした指令信号に基づき電磁石ドライバ１８は電磁石１７、１７に電流を供給する。電磁石１７、１７の働きで磁界強度Ｈ_１の磁界１９は生成される。生成された磁界１９はステージ１２上の磁性体１４に作用する。前述と同様に、磁界強度Ｈ_２には、負の値（Ｈ_２＜０）や「０（ゼロ）」値が設定されてもよい。

続くステップＳ７でＣＰＵ３１は第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）を取得する。第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）の取得にあたってビームスポットは位置（Ｘｉ，Ｙｊ）に保持される。Ａ／Ｄコンバータ２８は偏光面の回転量に応じた大きさで第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）を出力する。ＣＰＵ３１は例えば記憶装置３２に第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）を記録する。レーザスポット内で磁化の向きが変化しなければ、第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）は第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）や第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）に一致する。

第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）、第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）の測定は規定の回数Ｎで繰り返される。規定の回数Ｎの完了がステップＳ８で確認されるまで、記憶装置３２にはＮ個の第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）やＮ個の第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）、Ｎ個の第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）が記録される。こうして第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）、第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）の測定が完了すると、ＣＰＵ３１の処理動作はステップＳ９に移行する。

ステップＳ９で、ＣＰＵ３１は、取得したＮ個の第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）、Ｎ個の第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）およびＮ個の第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）に基づき出力値ｔ（Ｈ_０）を算出する。２：−１：−１の重み付けに基づき第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）、第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）は加算される。算出にあたって例えば次式が用いられればよい。

ただし、次式が用いられても同様な結果は得られる。

ここで、係数αにはいかなる数値がはめ込まれてもよい。算出の原理は後述される。

その後、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１０で、出力値ｔ（Ｈ_０）に基づき表示処理を実施する。ＣＰＵ３１は出力値ｔ（Ｈ_０）に基づき画素の種類を決定する。画素は出力値ｔ（Ｈ_０）の大きさに基づき例えば色分けされればよい。こうして位置（Ｘｉ，Ｙｊ）で測定される磁化は視覚化される。

続くステップＳ１１では、ｙ列の全ての位置（Ｘｉ，Ｙｊ）で画素が決定されたか否かが判断される。未決定の画素が残存する場合には、ＣＰＵ３１の処理動作はステップＳ２に戻る。ステップＳ２〜Ｓ１０の処理動作が繰り返されるたびにｘ座標値は加算されていく。こうしてｙ列中の全ての位置（Ｘｉ，Ｙｊ）で画素は決定されていく。ｙ列で全ての画素が決定されると、処理動作はステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、ステップＳ２〜Ｓ１１の処理動作が全てのｙ列に対して実施されたか否かが判断される。未処理のｙ列が残存する場合には、ＣＰＵ３１の処理動作はステップＳ２に戻る。ステップＳ２〜Ｓ１１の処理動作が繰り返されるたびにｙ座標値は加算されていく。こうして行列Ｌ×Ｍの全ての位置（Ｘｉ，Ｙｊ）で画素は決定される。ディスプレイ装置３３の画面上には磁壁４２ａ、４２が描き出される。

ここで、［数２］の原理を簡単に説明する。図５Ａに示されるように、指定の磁界強度Ｈ_０で磁界１９が磁性体１４に作用すると、磁性体１４では磁区４１ａ、４１ｂ、４１が確立される。次に、磁界強度Ｈ_０よりも小さい磁界強度Ｈ_１で磁界１９が磁性体１４に作用すると、図５Ｂに示されるように、磁性体１４では磁界１９の減少に伴い磁区４１ｂは拡大する。磁区４１ａは縮小する。磁壁４２ａ、４２の移動は引き起こされる。特に、磁区４１ａ、４１ｂで規定の方向（ｘ軸）に平行な磁化や反平行な磁化が確立される場合には、規定の方向に平行な磁壁４２ａは、ほぼその平行な姿勢を維持しつつ、規定の方向に直交するｙ軸に平行に移動する。ここで、磁界１９の減少には規定の方向に反対向きの磁界の増大が含まれる。反対に、磁界強度Ｈ_０よりも大きい磁界強度Ｈ_２で磁界１９が磁性体１４に作用すると、図５Ｃに示されるように、磁性体１４では磁界１９の増加に伴い磁区４１ａは拡大する。磁区４１ｂは縮小する。こうして磁壁４２ａ、４２の移動は引き起こされる。磁壁４２ａは、ほぼその平行な姿勢を維持しつつ、規定の方向に直交するｙ軸に平行に移動する。ここで、磁界１９の増加には規定の方向に反対向きの磁界の減少が含まれる。

第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）が加算されると、例えば図５Ｄに示されるように、磁壁４２、４２ａの移動範囲では個々の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）ごとに異なる向きの磁化ベクトルは加算される。特に、磁壁４２ａの移動範囲では個々の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）ごとに反平行の磁化同士が仮想的に打ち消される（Ｍｇ＝０）。磁壁４２、４２ａの移動範囲から外れた領域では個々の位置（Ｘｉ，Ｙｉ）ごとに同じ向きの磁化ベクトルは加算される。

磁界強度Ｈ_１、Ｈ_２の強弱に関わりなく磁化Ｍｇの向きが変化しない場合には、第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）と第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）とは等しい。第２および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）、ｓ_ｋ（Ｈ_２）の平均値に変化は生じない。同一の磁化が保持される。その一方で、磁壁４２の周辺では個々の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）ごとに異なる向きの磁化Ｍｇ同士が足し合わせられる。磁化Ｍｇは回転する。第２および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）、ｓ_ｋ（Ｈ_２）の平均値は規定の方向から測定される角度に応じて増減する。

例えば［数２］のように、第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）の２倍値から第２および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）、ｓ_ｋ（Ｈ_２）の加算値が差し引かれると、図５Ｅに示されるように、磁壁４２、４２ａの周辺では個々の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）ごとに磁化ベクトルは残存する。第１、第２および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）、ｓ_ｋ（Ｈ_１）、ｓ_ｋ（Ｈ_２）には均等にノイズが含まれると想定されることから、差し引きに基づきノイズは相殺される。純粋な磁化ベクトルは特定される。その一方で、磁壁４２、４２ａの移動範囲から外れた領域では仮想的に磁化Ｍｇは打ち消される（Ｍｇ＝０）。こうして磁壁４２ａ、４２のみが際立たせられる。したがって、磁性体１４の表面状態に拘わらず明瞭な磁区構造は視覚化されることができる。

しかも、図５Ｅから明らかなように、磁壁４２、４２ａを挟んで磁区４１ａ、４１ｂ、４１同士の間では磁化Ｍｇの向きは区別される。こうした磁化Ｍｇの向きが視覚化されれば、磁区４１ａ、４１ｂ、４１内で磁化Ｍｇの向きは比較的に簡単に特定されることができる。例えば図５Ｆに示されるように、面内磁化ｘ成分のみが検出される場合でも、［数式２］のような計算処理によれば、磁区４１ａ、４１ｂ、４１内で磁化Ｍｇの向きは十分に推測されることができる。なお、［数式２］のように、出力値ｔ（Ｈ_０）の算出にあたってＮ回の測定結果から平均値が求められる必要は必ずしもない。言い換えれば、出力値ｔ（Ｈ_０）の算出にあたってＮ＝１が設定されてもよい。その他、以上の原理に基づく限り、いかなる計算処理が実行されてもよい。

ここで、図６Ａに示されるように、前述のような右回り還流磁区に代えて磁性体１４で左回り還流磁区が確立される場面を想定する。磁界強度Ｈ_０よりも小さい磁界強度Ｈ_１で磁界１９が磁性体１４に作用すると、図６Ｂに示されるように、磁性体１４では磁界１９の減少に伴い磁区４１ａは拡大する。磁区４１ｂは縮小する。磁壁４２ａ、４２の移動は引き起こされる。このとき、前述の右回り還流磁区とは反対向きに磁壁４１ａ、４２は移動する（図５Ｂ参照）。反対に、磁界強度Ｈ_０よりも大きい磁界強度Ｈ_２で磁界１９が磁性体１４に作用すると、図６Ｃに示されるように、磁性体１４では磁界１９の増加に伴い磁区４１ｂは拡大する。磁区４１ａは縮小する。磁壁４２ａ、４２の移動は引き起こされる。磁壁４２ａ、４２は前述の右回り還流磁区とは反対向きに移動する。

前述と同様に、第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）が加算されると、例えば図６Ｄに示されるように、磁壁４２ａの移動範囲では個々の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）ごとに異なる向きの磁化ベクトルは加算される。特に、磁壁４２４２ａの移動範囲では個々の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）ごとに反平行の磁化同士が仮想的に打ち消される（Ｍｇ＝０）。磁壁４２、４２ａの移動範囲から外れた領域では個々の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）ごとに同じ向きの磁化ベクトルは加算される。例えば［数２］のように、第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）の２倍値から第２および第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）、ｓ_ｋ（Ｈ_２）の加算値が差し引かれると、図６Ｅに示されるように、磁壁４２、４２ａの周辺では個々の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）ごとに磁化ベクトルは残存する。図５Ｅとの比較から明らかなように、出力値ｔ（Ｈ_０）では右回り還流磁区とは反対向きに磁化は特定されることができる。例えば図６Ｆに示されるように、［数式２］のような計算処理によれば、たとえ面内磁化ｘ成分のみが検出される場合でも磁区４１ａ、４１ｂ、４１内で磁化Ｍｇの向きは十分に推測されることができる。右回り還流磁区と左回り還流磁区とは確実に区別されることができる。

以上のようなカー顕微鏡１１では、磁性体１４の観察にあたって磁化の飽和は回避されることが望まれる。磁性体１４内で磁化が飽和してしまうと、それ以前の磁区の構造は完全に破壊されてしまう。磁壁４２ａ、４２同士の接続関係が変化してしまうことが予想される。第１磁界強度Ｈ_１は、磁化の飽和を誘引する磁界強度よりも十分に大きな値に設定されればよい。第２磁界強度Ｈ_２は、磁化の飽和を誘引する磁界強度よりも十分に小さな値に設定されればよい。こうして第１磁界強度Ｈ_１や第２磁界強度Ｈ_２が設定されれば、磁性体１４内に確立される磁壁同士の接続関係は確実に維持されることが予想される。ただし、第１磁界強度Ｈ_１は、第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）と第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）との間に相違を生み出す大きさに設定されなければならない。同様に、第２磁界強度Ｈ_２は、第１検出値ｓ_ｋ（Ｈ_０）と第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）との間に相違を生み出す大きさに設定されなければならない。

一般に、磁性体１４では、固有の性質に基づき第１および第２磁界強度Ｈ_１、Ｈ_２の大きさと磁壁４２ａ、４２の移動量とは相関付けられる。したがって、カー顕微鏡１１では、使用者の操作に基づき比較的に簡単に第１磁界強度Ｈ_１や第２磁界強度Ｈ_２の大きさは変更されることができることが望まれる。使用者は、ディスプレイ装置３３の画面に映し出される磁区の画像に基づき第１磁界強度Ｈ_１や第２磁界強度Ｈ_２の大きさを調整すればよい。

本発明者は比較例を検証した。この比較例では、例えば図７Ａ〜図７Ｃに示されるように、前述と同様に指定の磁界強度Ｈ_０、第１磁界強度Ｈ_１および第２磁界強度Ｈ_２で磁界が磁性体１４に印加される。ただし、この比較例では、磁壁４２ａ、４２の検出にあたって第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）から第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）は差し引かれる。この場合には、図７Ｄに示されるように、磁区４１ａ、４１ｂ、４２内で磁化Ｍｇの検出値は打ち消される。磁壁４２ａ、４２は明瞭に描き出されることができる。

その一方で、図８Ａ〜図８Ｃに示されるように、この比較例で、右回り還流磁区に代えて磁性体１４で左回り還流磁区が確立される場面を検証する。この比較例では、磁壁４２ａ、４２の検出にあたって第３検出値ｓ_ｋ（Ｈ_２）から第２検出値ｓ_ｋ（Ｈ_１）は差し引かれると、図８Ｄに示されるように、磁壁４２ａ、４２は明瞭に描き出されることができる。しかしながら、図７Ｅおよび図８Ｅの比較から明らかなように、面内磁化ｘ成分に基づき磁化の向きは全く区別されることはできない。図７Ｆおよび図８Ｆの比較から明らかなように、面内磁化ｙ成分に基づき磁化の向きは全く区別されることはできない。以上のように、比較例では、磁壁４２ａ、４２は特定されるものの、磁区４１ａ、４１ｂ、４１内の磁化の向きは全く特定されることはできない。

前述の第１実施形態に係るカー顕微鏡１１では、例えば図９に示されるように、磁区の観察にあたって他の処理動作が用いられてもよい。ＣＰＵ３１は所定のソフトウェアプログラムに従って処理動作を実現する。観察が開始されると、ＣＰＵ３１はステップＴ１で初期化を実施する。ステップＴ２では、ＣＰＵ３１の処理動作に基づき初期磁界強度Ｈ_１で磁性体１４に磁界は印加される。磁界の印加にあたってＣＰＵ３１は所定の指令信号を生成する。こうした指令信号に基づき電磁石ドライバ１８は電磁石１７、１７に電流を供給する。

初期磁界強度Ｈ_１は指定の磁界強度Ｈ_０よりも小さい磁界強度に設定される。前述と同様に、任意の磁界強度Ｈ_ｋが負の値（Ｈ_ｋ＜０）に設定されると、磁界１９の向きは反転する。負の値が減少すると、反転後の磁界は増大する。磁界強度Ｈ_ｋには「０（ゼロ）」値が含まれることができる。例えば指定の磁界強度Ｈ_０に「０」が設定される場合には、初期磁界強度Ｈ_１には負の値が設定される。

ステップＴ３でＣＰＵ３１は位置（Ｘｉ，Ｙｊ）の検出値ｓ（Ｈ_ｋ）を取得する。検出値ｓ（Ｈ_ｋ）は、前述と同様に、Ａ／Ｄコンバータ２８から出力される検出信号から特定される。ＣＰＵ３１は例えば記憶装置３２に検出値ｓ（Ｈ_ｋ）を記録する。

ステップＴ４では、ＣＰＵ３１は磁界強度Ｈ_ｋを設定し直す。従前の磁界強度Ｈ_ｋに増加分の磁界強度Ｈ_ｉｎｃは加算される。ステップＴ５でＣＰＵ３１は代数ｋを更新する。続くステップＴ６ではＣＰＵ３１の処理動作に基づき磁界強度Ｈ_ｋで磁性体１４に磁界１９は印加される。すなわち、磁界１９の磁界強度Ｈ_ｋは増大する。ステップＴ７でＣＰＵ３１は位置（Ｘｉ，Ｙｊ）の検出値ｓ（Ｈ_ｋ）を取得する。

ステップＴ８で、ＣＰＵ３１は磁界強度Ｈ_ｋの出力値ｔ（Ｈ_ｋ）を算出する。ＣＰＵ３１は、例えば奇関数ｆ（Ｈ）および偶関数ｇ（ｓ）に基づき次式に従って出力値ｔ（Ｈ_ｋ）を算出する。

ただし、

算出の原理は後述される。算出された出力値ｔ（Ｈ_ｋ）はステップＴ９で累積されていく。ステップＴ１０では、磁界強度Ｈ_ｋが最大磁界強度Ｈ_Ｎに到達したか否かが判断される。到達していなければ、ＣＰＵ３１の処理動作は再びステップＴ４に戻る。こうして磁界強度の増大に伴い個々の磁界強度Ｈ_ｋで出力値ｔ（Ｈ_ｋ）は取得されていく。ここで、最大磁界強度Ｈ_Ｎは指定の磁界強度Ｈ_０よりも大きい磁界強度に設定される。この場合には、初期磁界強度Ｈ_１から指定の磁界強度Ｈ_０までの範囲は磁界強度Ｈ_０よりも小さな第１磁界強度範囲に相当する。その一方で、指定の磁界強度Ｈ_０から最大磁界強度Ｈ_Ｎまでの範囲は磁界強度Ｈ_０よりも大きな第２磁界強度範囲に相当する。

個々の磁界強度Ｈ_ｋで取得される出力値ｔ（Ｈ_ｋ）が累積される結果、出力値ｔ（Ｈ_０）は特定される。この出力値ｔ（Ｈ_０）では、磁界１９の増大に伴い引き起こされる磁化の増大の有無が特定される。こうした増大の有無に応じて、規定の磁界強度Ｈ_０の磁界に曝される磁性体１４では磁壁の位置が特定されることができる。しかも、磁区内では磁化の向きは比較的に簡単に推測されることができる。例えば第１磁界強度範囲内の変化中に磁化の増大が検出されると、出力値ｔ（Ｈ_０）は「０（ゼロ）」値よりも大きな値を示す。このとき、位置（Ｘｉ，Ｙｊ）の磁化ベクトルでは例えば規定の向き（ｘ軸）に正向きに磁化成分は特定されることができる。その一方で、第２磁界強度範囲内の変化中に磁化の増大が検出されると、出力値ｔ（Ｈ_０）は「０（ゼロ）」値よりも小さい値を示す。このとき、磁化ベクトルでは、反対向きすなわちｘ軸の負向きに磁化成分は特定されることができる。

ステップＴ１０で出力値ｔ（Ｈ_０）の算出の完了が確認されると、ＣＰＵ３１はステップＴ１１で出力値ｔ（Ｈ_０）に基づき表示処理を実施する。こうして位置（Ｘｉ，Ｙｊ）で測定される磁化は視覚化される。その後、行列Ｌ×Ｍの全ての位置（Ｘｉ，Ｙｊ）で画素は決定されていく。こうしてディスプレイ装置３３の画面上には磁壁４２ａ、４２が描き出される。

前述のステップＴ２〜Ｔ１０に基づけば次式の計算処理は実現される。

ここで、この［数式６］の原理を簡単に説明する。図１０Ａに示されるように、指定の磁界強度Ｈ_０で磁界１９が磁性体１４に作用すると、磁性体１４では磁区４１ａ、４１ｂ、４１が確立される。次に、初期磁界強度Ｈ_１で磁界１９が磁性体１４に作用すると、図１０Ｂに示されるように、磁性体１４では磁界１９の減少に伴い磁区４１ｂは拡大する。磁区４１ａは縮小する。磁壁４２ａ、４２の移動は引き起こされる。反対に、磁界強度Ｈ_０よりも大きい最大磁界強度Ｈ_Ｎで磁界１９が磁性体１４に作用すると、図１０Ｃに示されるように、磁性体１４では磁界１９の増加に伴い磁区４１ａは拡大する。磁区４１ｂは縮小する。磁壁４２ａ、４２の移動は引き起こされる。したがって、初期磁界強度Ｈ_１から最大磁界強度Ｈ_Ｎまで磁界強度Ｈ_ｋが増大していくと、磁壁４２ａは所定の測定点４３ａ、４３ｂを横切っていく。こうして磁壁４２ａが横切る際に個々の測定点４３ａ、４３ｂでは磁化Ｍｇは変化する。すなわち、磁化Ｍｇは回転する。

このとき、測定点４３ａでは、初期磁界強度Ｈ_１から磁界強度Ｈ_０に至るまでに磁化は回転する。すなわち、指定の磁界強度Ｈ_０よりも小さい第１磁界強度範囲で磁化は回転する。磁化の回転に伴い、図１１Ａに示されるように、測定点４３ａでは磁化Ｍｇは急激に増加する。前述の［数式６］によれば、図１２Ａから明らかなように、検出値の差分ｓは磁化の回転時に所定の値を示すものの、磁化の回転前や磁化の回転後には「０（ゼロ）」値が維持される。ここで、検出値の差分ｓは磁化の変化すなわち増大の微分値に相当する。

その一方で、測定点４３ｂでは、磁界強度Ｈ_０から最大磁界強度Ｈ_Ｎに至るまでに磁化は回転する。すなわち、指定の磁界強度Ｈ_０よりも大きい第２磁界強度範囲で磁化は回転する。磁化の回転に伴い、図１１Ｂに示されるように、測定点４３ｂでは磁化Ｍｇは急激に増加する。前述の［数式６］によれば、図１２Ｂから明らかなように、検出値の差分ｓは磁化の回転時に所定の値を示すものの、磁化の回転前や磁化の回転後には「０（ゼロ）」値が維持される。

偶関数ｇ（ｓ）に奇関数ｆ（Ｈ）が掛け合わせられると、図１２Ａから明らかなように、測定点４３ａでは差分ｓに負の値は掛け合わせられる。その一方で、図１２Ｂに示されるように、測定点４３ｂでは差分ｓに正の値は掛け合わせられる。したがって、測定点４３ａと測定点４３ｂとは確実に区別されることができる。すなわち、指定の磁界強度Ｈ_０の磁界に曝される磁性体１４では磁区４１ａ、４１ｂ内の磁化の向きは確実に区別される。しかも、同一の位置（Ｘｉ，Ｙｊ）が維持される限り検出値ｓ（Ｈ_ｋ）には均等にノイズが含まれることが想定されることから、検出にあたってノイズの影響は確実に排除されることができる。

奇関数ｆ（Ｈ）には例えば次式のようなステップ関数が用いられればよい。

その他、次式のような奇関数ｆ（Ｈ）が用いられてもよい。

こういった奇関数ｆ（Ｈ）によれば、出力値ｔ（Ｈ_０）では、磁化の回転が引き起こされる磁界強度Ｈ_ｋと指定の磁界強度Ｈ_０との差分に比例した値は特定されることができる。磁区４１ａ、４１ｂの構造はさらに詳細に観察されることができる。

その一方で、偶関数ｇ（ｓ）には次式のような関数が用いられてもよい。こういった偶関数によれば、磁化の変化に対して感度は高められることができる。

その他、偶関数ｇ（ｓ）には次式のようなステップ関数が用いられてもよい。ここでは、閾値ｓ_ＴＨはノイズの大きさなどに基づき適宜に設定されればよい。

なお、前述と同様に、初期磁界強度Ｈ_１は、磁化の飽和を誘引する磁界強度よりも十分に大きな値に設定されればよい。最大磁界強度Ｈ_Ｎは、磁化の飽和を誘引する磁界強度よりも十分に小さな値に設定されればよい。こうして初期磁界強度Ｈ_１や最大磁界強度Ｈ_Ｎが設定されれば、磁性体１４内に確立される磁壁同士の接続関係は維持されることが予想される。ただし、初期磁界強度Ｈ_１や最大磁界強度Ｈ_Ｎは、出力値ｔ（Ｈ_０）で磁化の増大を判別することができる大きさに設定されなければならない。前述の原理では、磁壁４２ａ、４２の移動が生み出されなければ、磁区４１ａ、４１ｂ、４１内で磁化の向きは検出されることはできない。しかも、前述と同様に、カー顕微鏡１１では、使用者の操作に基づき比較的に簡単に初期磁界強度Ｈ_１や最大磁界強度Ｈ_Ｎの大きさは変更されることができることが望まれる。使用者は、ディスプレイ装置３３の画面に映し出される磁区の画像に基づき初期磁界強度Ｈ_１や最大磁界強度Ｈ_Ｎの大きさを調整すればよい。

図９に示される処理動作では、磁界強度の減少に伴い引き起こされる磁化の減少の有無が出力値ｔ（Ｈ_０）で特定されてもよい。この場合には、初期磁界強度Ｈ_１に規定の磁界強度Ｈ_０よりも大きな最大磁界強度が設定されればよい。磁界強度Ｈ_ｋは、この初期磁界強度Ｈ_１から、指定の磁界強度Ｈ_０よりも小さな最小磁界強度Ｈ_Ｎまで減少していけばよい。ここでは、初期磁界強度Ｈ_１から磁界強度Ｈ_０までの範囲は第２磁界強度範囲に相当する。磁界強度Ｈ_０から最小磁界強度Ｈ_Ｎまでの範囲は第１磁界強度範囲に相当する。

図１３Ａに示されるように、測定点４３ａでは磁界強度Ｈ_０から最小磁界強度Ｈ_Ｎに至るまでに磁化は回転する。磁化の回転に伴い、測定点４３ｂでは磁化Ｍｇは急激に減少する。前述の［数式６］によれば、図１４Ａから明らかなように、検出値の差分ｓは磁化の回転時に所定の値を示すものの、磁化の回転前や磁化の回転後には「０（ゼロ）」値が維持される。その一方で、測定点４３ｂでは、初期磁界強度Ｈ_１から磁界強度Ｈ_０に至るまでに磁化は回転する。図１３Ｂに示されるように、磁化の回転に伴い磁化Ｍｇは急激に減少する。前述の［数式６］によれば、図１４Ｂから明らかなように、検出値の差分ｓは磁化の回転時に所定の値を示すものの、磁化の回転前や磁化の回転後には「０（ゼロ）」値が維持される。こうして前述と同様に、測定点４３ａと測定点４３ｂとは確実に区別されることができる。ここで、検出値の差分ｓは磁化の変化すなわち減少の微分値に相当する。

この場合でも、前述と同様に、初期磁界強度Ｈ_１は、磁化の飽和を誘引する磁界強度よりも十分に小さな値に設定されればよい。最小磁界強度Ｈ_Ｎは、磁化の飽和を誘引する磁界強度よりも十分に大きな値に設定されればよい。こうして初期磁界強度Ｈ_１や最小磁界強度Ｈ_Ｎが設定されれば、磁性体１４内に確立される磁壁同士の接続関係は維持されることが予想される。ただし、初期磁界強度Ｈ_１や最小磁界強度Ｈ_Ｎは、出力値ｔ（Ｈ_０）で磁化の増大を判別することができる大きさに設定されなければならない。前述と同様に、使用者の操作に基づき比較的に簡単に初期磁界強度Ｈ_１や最小磁界強度Ｈ_Ｎの大きさは変更されることができることが望まれる。

さらにまた、前述の処理動作では出力値ｔ（Ｈ_０）の算出にあたって［数式６］に代えて次式が用いられてもよい。次式では前述の偶関数ｇ（ｓ）に代えて任意の奇関数ｈ（ｓ）が用いられる。

ただし、

ここで、ｓｇｎ（Ｔ）は次式のようにＴの符号を示す。

Ｔ＝０の場合には、ｓｇｎ（Ｔ）は「０（ゼロ）」値や「１」値、「−１」値のいずれでもよい。

こうした奇関数ｈ（ｓ）の採用によれば、図１５Ａに示されるように、磁界１９が増大する場合でも、反対に磁界１９が減少する場合でも、磁壁４２ａが横切る際に個々の測定点４３ａで奇関数ｈ（ｓ）およびｓｇｎ（Ｔ）の積は正の値を示す。同様に、図１５Ｂに示されるように、磁界１９が増大する場合でも、反対に磁界１９が減少する場合でも、磁壁４２ａが横切る際に個々の測定点４３ｂで奇関数ｈ（ｓ）およびｓｇｎ（Ｔ）の積は正の値を示す。その他の場合には、差分ｓに含まれるノイズの符号（＋、−）に基づきノイズは相互に打ち消されることができる。奇関数ｈ（ｓ）には例えば次式のような関数が用いられればよい。

その他、奇関数ｈ（ｓ）には次式のようなステップ関数が用いられてもよい。閾値ｓ_ＴＨは適宜に設定されればよい。

図１６は本発明の第２実施形態に係るカー顕微鏡の構造を概略的に示す。このカー顕微鏡１１ａには波形発生器４５が組み込まれる。この波形発生器４５は、例えば第１周波数のコサイン波といった第１波形信号と、同様に第２周波数のコサイン波といった第２波形信号とを生成する。第２周波数は例えば第１周波数の２倍の周波数に設定される。第１波形信号と第２波形信号との位相差は「０（ゼロ）」値に設定される。すなわち、両者の位相は一致する。第１波形信号は電磁石ドライバ１８に供給される。電磁石ドライバ１８は、第１波形信号に基づき変化する磁界を生成することができる。磁性体１４は、第１波形信号に基づき特定の周期で変化する磁界に曝される。

差動アンプ２７には掛け算器４６が接続される。この掛け算器４６は、差動アンプ２７から出力される電気信号すなわち検出信号に、波形発生器４５から供給される第２波形信号を掛け合わせる。こうして掛け算器４６では、検出信号で特定される検出値と、第２波形信号で特定される数値との積が算出される。

掛け算器４６にはローパスフィルタ４７が接続される。このローパスフィルタ４７では掛け算器４６の出力に積分処理が施される。ローパスフィルタ４７の出力はＡ／Ｄコンバータ２８でデジタル信号に変換される。こうしたデジタル信号がコンピュータ装置２９のＣＰＵ３１に取り込まれる。図中、前述の第１実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。

こういったカー顕微鏡１１ａによれば、磁性体１４に作用する磁界１９の変化に応じて検出信号で磁化の回転は特定されることができる。検出値と数値との積では磁化の回転は強調されることができる。しかも、この強調にあたって磁化の向きに応じて検出信号では異なる極性（符号）が特定されることができる。こうしてカー顕微鏡１１ａは、ディスプレイ装置３３の画面上に磁壁４２ａ、４２の位置は映し出されることができる。磁区４１ａ、４１ｂ、４１内の磁化の向きは比較的に簡単に特定されることができる。

ここで、第２実施形態に係るカー顕微鏡１１ａの原理を簡単に説明する。例えば、図６Ａや図８Ａに示されるような左回り還流磁区の磁性体１４上で測定点４３ａ、４３ｂが設定される場面を想定する。第１波形信号に基づき磁界１９が生成されると、磁界１９は特定の周期で増減を繰り返す。このとき、例えば図１７Ａに示されるように、測定点４３ｂでは磁界１９の増減に伴い磁化が変化する。磁化は磁界１９の増減に応じて反転を繰り返す。図１７Ｂに示されるように、測定点４３ａでは磁界１９の増減に応じて同様に磁化は反転を繰り返す。このとき、磁化Ｍ（ｔ）は次式のようなステップ関数で表現されることができる。

ここで、測定点４３ｂのｕ値およびｖ値は次式で表現されることができる。

同様に、測定点４３ａのｕ値およびｖ値は次式で表現されることができる。

ただし、ｃ_１やｃ_２は磁壁４２ａからの位置に関連するパラメータとみなされる。ｄ_１やｄ_２は磁壁４２ａの移動の遅れに関連するパラメータとみなされる。特に、測定点４３ｂと測定点４３ａとが磁壁４２ａに対して線対称に配置され、かつ、相互に近接する場合には近似的に次式が成立する。

Ｍ（ｔ）は次式に基づきフーリエ級数展開されることができる。

その結果、次式が得られる。

ここで、ａ_１（１）、ｂ_１（１）、ａ_２（１）およびｂ_２（１）は測定点４３ｂで得られる係数を示す。ａ_１（２）、ｂ_１（２）、ａ_２（２）およびｂ_２（２）は測定点４３ａで得られる係数を示す。したがって、次式から明らかなように、第１波形信号の周波数と第２波形信号の周波数とが一致すると、検出信号で測定点４３ｂと測定点４３ａとは区別されることはできない。測定点４３ｂと測定点４３ａとで極性（符号）は一致してしまう。

その一方で、第１波形信号に比べて第２波形信号で２倍の周波数が設定されると、測定点４３ｂと測定点４３ａとは完全に区別されることができる。図１８Ａや図１８Ｂを併せて参照すると明らかなように、測定点４３ｂと測定点４３ａとで信号の極性は異なる。磁壁４２ａの位置だけでなく磁区４１ａ、４１ｂ、４１内の磁化の向きは特定されることができる。

ただし、次式から明らかなように、２倍周波数成分のパワーは測定点４３ｂと測定点４３ａとで一致してしまう。したがって、スペクトラムアナライザで２倍周波数成分が検出されても、磁区４１ａ、４１ｂ、４１内の磁化の向きが特定されることはできない。

なお、磁壁４２ａの移動の遅れが小さい場合には、ｄ＝０が設定されてもよい。その結果、例えばフーリエ級数展開によれば次式が得られる。

したがって、検出値で、第２波形信号との間でピークの位相が一致する成分が検出されれば、磁壁４２ａの移動の遅れが小さくても良好に磁区４１ａ、４１ｂ、４１内の磁化の向きは特定されることができる。

その他、第１および第２波形信号の位相差は例えば１８０°や−１８０°に設定されてもよい。コサイン波やその他の三角関数波に代えて三角波が用いられてもよい。掛け算器４６およびローパスフィルタ４７の組み合わせはいわゆるロックインアンプに置き換えられてもよい。さらに、掛け算器４６やローパスフィルタ４７すなわち積分器の働きは例えばソフトウェアプログラムで実現されてもよい。こういったソフトウェアプログラムの処理動作は例えば差動アンプ２７の出力に対して実施されればよい。このとき、差動アンプ２７の出力は例えばアナログデジタル（Ａ／Ｄ）コンバータでデジタル信号に変換された後にソフトウェアプログラムに受け渡されればよい。

図１９は本発明の第３実施形態に係るカー顕微鏡の構造を概略的に示す。このカー顕微鏡１１ｂでは、差動アンプ２７と掛け算器４６との間にハイパスフィルタ４８が配置される。このハイパスフィルタ４８では、差動アンプ２７から出力される検出値に微分処理が施される。したがって、微分処理後の検出値が掛け算器４６に入力される。その他、前述の第２実施形態と均等な構成や構造には同一の参照符号が付される。

このカー顕微鏡１１ｂでは、波形発生器４５は、第１波形信号と第２波形信号との位相差は＋９０°や−９０°に設定される。すなわち、第１波形信号に例えば第１周波数のコサイン波が用いられる場合には、第２波形信号には第２周波数のサイン波が用いられればよい。前述と同様に、第２周波数は第１周波数の２倍の周波数に設定される。

こういったカー顕微鏡１１ｂによれば、磁性体１４に作用する磁界１９の変化に応じて検出信号で磁化の回転は特定されることができる。検出値と微分処理後の検出値との積では磁化の回転は強調されることができる。しかも、この強調にあたって磁化の向きに応じて検出信号では異なる極性（符号）が特定されることができる。こうしてカー顕微鏡１１ａは、ディスプレイ装置３３の画面上に磁壁４２ａ、４２の位置を映し出すことができる。磁区４１ａ、４１ｂ、４１内の磁化の向きは比較的に簡単に特定されることができる。

いま、図６Ａや図８Ａに示されるような左回り還流磁区の磁性体１４上で測定点４３ａ、４３ｂが設定される場面を想定する。第１波形信号に基づき磁界１９が生成されると、磁界１９は特定の周期で増減を繰り返す。このとき、例えば図１７Ａに示されるように、測定点４３ｂでは磁界１９の増減に伴い磁化が変化する。磁化は磁界１９の増減に応じて回転を繰り返す。図１７Ｂに示されるように、測定点４３ａでは磁界１９の増減に応じて同様に磁化は回転を繰り返す。

図２０Ａおよび図２０Ｂから明らかなように、第１波形信号の周波数と第２波形信号の周波数とが一致すると、検出信号で測定点４３ｂと測定点４３ａとは区別されることはできない。測定点４３ｂと測定点４３ａとで極性（符号）は一致してしまう。その一方で、第１波形信号に比べて第２波形信号で２倍の周波数が設定されると、図２１Ａおよび図２１Ｂに示されるように、測定点４３ｂと測定点４３ａとで信号の極性は異なる。測定点４３ｂと測定点４３ａとは完全に区別されることができる。その結果、磁壁４２ａの位置だけでなく磁区４１ａ、４１ｂ、４１内の磁化の向きに関する情報は得られることができる。

なお、以上のようなカー顕微鏡１１、１１ａ、１１ｂでは、いわゆるＣＣＤに基づき検出信号は生成されてもよい。光源２１には、間欠的に発光するパルス光源が用いられてもよい。その他、前述の磁界生成機構１６は複数の方向に沿って磁界１９、１９を発生する複数組の電磁石１７を備えてもよい。こうした磁界生成機構１６によれば、様々な方向から面内磁化ｘ成分や面内磁化ｙ成分は検出されることができる。可動ステージ１２は、水平面に直交する回転軸回りで回転してもよい。

本発明の第１実施形態に係るカー顕微鏡の構造を概略的に示すブロック図である。 偏光分布制御機構の構造を概略的に示す拡大平面図である。 磁性体の磁区の構造を概略的に示す概念図である。 磁化の観察にあたってプロセッサ（ＣＰＵ）の処理動作を示すフローチャートである。 右回り還流磁区の観察にあたって処理動作の原理を概略的に示す概念図である。 左回り還流磁区の観察にあたって処理動作の原理を概略的に示す概念図である。 右回り還流磁区の観察にあたって比較例に係る処理動作を概略的に示す概念図である。 左回り還流磁区の観察にあたって比較例に係る処理動作を概略的に示す概念図である。 磁化の観察にあたって他の具体例に係る処理動作を示すフローチャートである。 処理動作の原理を概略的に示す概念図である。 磁界強度の増大中に特定の測定点で観察される磁化の変化を示すグラフである。 磁界強度の増大と検出値の差分との関係を示すグラフである。 磁界強度の減少中に特定の測定点で観察される磁化の変化を示すグラフである。 磁界強度の減少と検出値の差分との関係を示すグラフである。 磁界強度の増減中に特定の測定点で検出される検出値の変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るカー顕微鏡の構造を概略的に示すブロック図である。 第１周波数に基づき変化する磁界と磁化との関係を示すグラフである。 第１周波数に基づき変化する磁化と第２周波数の波形信号との関係を示すグラフである。 本発明の第３実施形態に係るカー顕微鏡の構造を概略的に示すブロック図である。 微分処理後の磁化の検出値と、９０°の位相差で変化する第１周波数の信号波形との関係を示すグラフである。 微分処理後の磁化の検出値と、９０°の位相差で変化する第２周波数の信号波形との関係を示すグラフである。

Claims (23)

1. 所定の方向に沿って磁性体に指定の磁界強度Ｈ_０で磁界を印加する工程と、磁気光学効果に基づき磁性体の磁化を検出し、磁化の第１検出値を特定する工程と、指定の磁界強度Ｈ_０よりも小さな第１磁界強度Ｈ_１の磁界内で磁性体の磁化を検出し、磁化の第２検出値を特定する工程と、指定の磁界強度Ｈ_０よりも大きな第２磁界強度Ｈ_２の磁界内で磁性体の磁化を検出し、磁化の第３検出値を特定する工程と、２：−１：−１の重み付けに基づき第１、第２および第３検出値を加算する工程とを備えることを特徴とする磁化観察方法。
2. 請求項１に記載の磁化観察方法において、前記第１、第２および第３検出値の加算にあたって、出力値ｔ、第１検出値ｓ（Ｈ_０）、第２検出値ｓ（Ｈ_１）および第３検出値ｓ（Ｈ_２）の間には、
   

   

   が成立することを特徴とする磁化観察方法。
3. 請求項１または２に記載の磁化観察方法において、前記第１磁界強度は、磁性体内に確立される磁壁同士の接続関係を維持する大きさに設定されることを特徴とする磁化観察方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の磁化観察方法において、前記第２磁界強度は、磁性体内に確立される磁壁同士の接続関係を維持する大きさに設定されることを特徴とする磁化観察方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の磁化観察方法において、前記第１磁界強度は、第１検出値と第２検出値との間に相違を生み出す大きさに設定されることを特徴とする磁化観察方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の磁化観察方法において、前記第２磁界強度は、第１検出値と第３検出値との間に相違を生み出す大きさに設定されることを特徴とする磁化観察方法。
7. 指定の磁界強度Ｈ_０の磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第１検出信号を取得する工程と、指定の磁界強度Ｈ_０よりも小さな第１磁界強度Ｈ_１の磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第２検出信号を取得する工程と、指定の磁界強度Ｈ_０よりも大きな第２磁界強度Ｈ_２の磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第３検出信号を取得する工程と、２：−１：−１の重み付けに基づき、第１、第２および第３検出信号でそれぞれ特定される磁化の検出値を加算する工程とをプロセッサに実行させることを特徴とする磁化観察ソフトウェアプログラム。
8. 指定の磁界強度よりも小さな第１磁界強度範囲で変化する磁界を磁性体に作用させる工程と、第１磁界強度範囲内の磁界の変化中に磁性体の磁気光学効果に基づき磁化の変化の有無を検出する工程と、指定の磁界強度よりも大きな第２磁界強度範囲で変化する磁界を磁性体に作用させる工程と、第２磁界強度範囲内の磁界の変化中に磁性体の磁気光学効果に基づき磁化の変化の有無を検出する工程とを備えることを特徴とする磁化観察方法。
9. 請求項８に記載の磁化観察方法において、変化の有無の検出にあたって、第１および第２磁界強度範囲で磁界強度を増大させ、磁化の変化に相当する磁化の増大を検出することを特徴とする磁化観察方法。
10. 請求項９に記載の磁化観察方法において、前記磁化の増大の検出にあたって、磁化の変化に基づき微分値が特定されることを特徴とする磁化観察方法。
11. 請求項１０に記載の磁化観察方法において、前記微分値の特定にあたって、前記第１および第２磁界強度範囲で離散的に磁界強度を増大させる工程と、個々の磁界強度ごとに磁気光学効果に基づき磁性体の磁化を検出し、個々の磁界強度ごとに磁化の検出値を特定する工程と、今回の検出値から前回の検出値を差し引き、磁化の変化値を算出する工程とを備えることを特徴とする磁化観察方法。
12. 請求項８〜１１のいずれかに記載の磁化観察方法において、変化の有無の検出にあたって、第１および第２磁界強度範囲で磁界強度を減少させ、磁化の変化に相当する磁化の減少を検出することを特徴とする磁化観察方法。
13. 請求項１２に記載の磁化観察方法において、前記磁化の減少の検出にあたって、磁化の変化に基づき微分値が特定されることを特徴とする磁化観察方法。
14. 請求項１３に記載の磁化観察方法において、前記微分値の特定にあたって、前記第１および第２磁界強度範囲で離散的に磁界強度を減少させる工程と、個々の磁界強度ごとに磁気光学効果に基づき磁性体の磁化を検出し、個々の磁界強度ごとに磁化の検出値を特定する工程と、今回の検出値から前回の検出値を差し引き、磁化の変化値を算出する工程とを備えることを特徴とする磁化観察方法。
15. 指定の磁界強度よりも小さな第１磁界強度範囲で変化する磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第１検出信号を取得する工程と、第１検出信号に基づき磁化の変化の有無を検出する工程と、指定の磁界強度よりも大きな第２磁界強度範囲で変化する磁界内に配置される磁性体の磁化に基づき生成される第２検出信号を取得する工程と、第２検出信号に基づき磁化の変化の有無を検出する工程とをプロセッサに実行させることを特徴とする磁化観察ソフトウェアプログラム。
16. 波形信号に基づき特定の周期で変化する磁界を磁性体に作用させる工程と、磁気光学効果に基づき磁性体の磁化を検出し、磁化の検出値を特定する工程と、特定された検出値に、波形信号に一定の位相関係で同期しつつ波形信号の２倍の周波数で周期的に変化する数値を掛け合わせる工程とを備えることを特徴とする磁化観察方法。
17. 請求項１６に記載の磁化観察方法において、検出値と数値との乗算結果に積分処理を施す工程をさらに備えることを特徴とする磁化観察方法。
18. 請求項１６または１７に記載の磁化観察方法において、前記波形信号の極大値および極小値を示す位相は、前記数値の極大値および極小値のいずれかを示す位相に一致することを特徴とする磁化観察方法。
19. 請求項１６または１７に記載の磁化観察方法において、前記数値との掛け合わせに先立って、前記検出値に微分処理を施す工程をさらに備えることを特徴とする磁化観察方法。
20. 請求項１９に記載の磁化観察方法において、前記波形信号の極大値および極小値を示す位相は、前記数値で極大値および極小値の中間値を示す位相に一致することを特徴とする磁化観察方法。
21. 波形信号に基づき特定の周期で変化する磁界を生成する磁界生成機構と、磁界生成機構で生成される磁界に曝される磁性体まで光を誘導する光学系と、磁性体から帰還する光に基づき磁気光学効果の検出値を特定する検出信号を出力する受光素子と、受光素子に接続されて、波形信号に一定の位相関係で同期しつつ波形信号の２倍の周波数で周期的に変化する周期信号を検出信号に掛け合わせる掛け算器とを備えることを特徴とする磁化観察装置。
22. 請求項２１に記載の磁化観察装置において、前記掛け算器にはローパスフィルタが接続されることを特徴とする磁化観察装置。
23. 請求項２１または２２に記載の磁化観察装置において、前記掛け算器および受光素子の間にはハイパスフィルタが配置されることを特徴とする磁化観察装置。

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