JPH05119130A - 磁場顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被測定物体の磁場によって変化する磁性膜の磁
区模様を顕微鏡で見たような像として観察して被測定物
体の磁場のパターンを把握する。 【構成】磁性膜５を備えた対物部２と撮像素子９とをズ
ームレンズ部１０を介して接続した顕微鏡本体１に、光
ファイバ３０および電気ケーブルを介して光源４１と撮
像制御部４４を接続し、磁性膜５の磁区模様をズームレ
ンズ部１０を介して撮像素子９で撮像して、この撮像し
た磁区模様を撮像制御部４４を介してモニタディスプレ
イ５０に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性物体の磁場を測定
する磁場顕微鏡装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、物体の磁場を測定する装置とし
て、迷路状の磁区をもつ磁性膜を利用した磁場測定装置
が開発されており、この磁場測定装置としては、特開昭
62−102103号公報に記載されているような構成のものが
知られている。

【０００３】この磁場測定装置は、フロッピーディスク
等の磁気記録データの読取りに利用されるもので、この
磁場検査装置は、前記フロッピーディスク等の被測定物
体に接面される磁性膜と、この磁性膜の磁区模様を撮像
するための光学系とで構成されている。

【０００４】前記磁性膜としては、磁性ガーネット膜
や、希土類−遷移金属合金膜等の透光性磁性膜が使用さ
れている。この磁性膜は、その膜面に対して垂直な方向
に強い磁気異方性をもっており、上向きの磁場をもつ磁
区と、下向きの磁場をもつ磁区とが交互にかつ磁性膜全
体にわたって迷路状に分布している。

【０００５】この磁性膜の磁区模様は、外部磁界が作用
していない初期状態では、上向きの磁場をもつ磁区（以
下、上向き磁区という）と下向きの磁場をもつ磁区（以
下、下向き磁区という）とが磁性膜全体に均等に分布し
ているパターンとなっており、この磁性膜にその磁区の
磁場より強い磁場の外部磁界が作用すると、その磁区模
様が外部磁界のパターンに応じて変化する。

【０００６】この磁性膜の一方の面には、この磁性膜を
透過した光を反射させる反射膜が設けられており、この
磁性膜は、その反射膜を設けた側の面を被測定物体に接
面させてこの物体の上に設置される。

【０００７】また、上記磁性膜の磁区模様を撮像するた
めの光学系は、前記磁性膜に対向する対物レンズ部と、
光源と、この光源からの光を直線偏光とする偏光子（偏
光板）と、この偏光子を通った直線偏光を前記対物レン
ズ部に向けて反射させるとともにこの対物レンズ部側か
らの入射光は透過させるビームスプリッタと、このビー
ムスプリッタの透過光出射側に配置された検光子（偏光
板）とからなっており、検光子の背後にはテレビカメラ
が配置され、このテレビカメラには画像処理装置が接続
されている。

【０００８】この磁場測定装置は、前記磁性膜を被測定
物体に接面させて配置し、この磁性膜に上記光学系を対
向させて、磁性膜の磁区模様を撮像し、この磁区模様の
変化から被測定物体の磁場を測定するもので、光学系か
ら直線偏光を磁性膜に入射させると、この光が磁性膜を
透過してその物体当接面に設けられている反射膜で反射
され、再び磁性膜を透過して光学系に戻ってくる。

【０００９】この光は、磁性膜を透過する過程でファラ
デー効果（磁場の向きによって偏向面が回転する現象）
により旋光された光であり、磁性膜の上向き磁区を透過
した光と、下向き磁区を透過した光とは、この両磁区の
磁場の向きが互いに逆方向であるため、偏光方向が互い
に異なる光である。

【００１０】したがって、光学系に戻ってきた光を検光
子に通すと、この光は、磁性膜の両磁区のうち一方の磁
区に対応する部分が暗く、他方の磁区に対応する部分が
明るい像光となり、この像光、つまり前記磁性膜の磁区
模様がテレビカメラで撮像される。

【００１１】また、上記画像処理装置は、テレビカメラ
で撮像した磁性膜の磁区模様から被測定物体の磁場のパ
ターンを電気的に抽出して読取るもので、テレビカメラ
で撮像した磁区模様を画像処理してその暗部または明部
のパターンを抽出すれば、被測定物体の磁場パターン
（フロッピーディスクにおいてはデータ書込み領域に書
込まれている記録データ）を読取ることができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の磁場測定装置は、テレビカメラで撮像した磁性膜の
磁区模様を画像処理して被測定物体の磁場パターンを電
気的に読取るものであるため、磁性膜の磁区模様そのも
のを観察して被測定物体の磁場パターンを把握すること
はできなかった。

【００１３】しかも、従来の磁場測定装置は、上記磁性
膜と光学系とが別体となっているため、磁性膜の磁区模
様を光学系のテレビカメラで撮像するには、磁性膜を接
面させる被測定物体を、光学系に対して一定の位置関係
で配置する必要がある。

【００１４】このため、従来の磁場測定装置では、試料
台の上方に一定の間隔を存して光学系を設置しておき、
上記試料台の上に被測定物体を載置するようにしている
が、これでは、被測定物体が、試料台の上に載せ得るも
ので、しかも一定厚さのものに限られるから、従来の磁
場測定装置は、フロッピーディスク等の記録データの読
取りにしか利用できないものであった。

【００１５】本発明は上記のような実情にかんがみてな
されたものであって、その目的とするところは、磁性膜
の磁区模様を顕微鏡で見たような像として観察して被測
定物体の磁場のパターンを把握することができるととも
に、どのような物体の磁場も測定できる汎用性をもち、
しかも取扱いも容易な磁場顕微鏡装置を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の磁場顕微鏡装置
は、

【００１７】被測定物体との対向面に迷路状の磁区をも
ち外部磁界によって磁区模様が変化する磁性膜を設けこ
の磁性膜の外面に反射膜を設けた対物部と、前記磁性膜
の磁区模様を撮像する撮像素子を備えた撮像部と、外部
から導入した光を偏光子を通して前記磁性膜にその内面
側から入射させる導光部とを備え、かつ前記対物部と前
記撮像部とをズームレンズ部を介して接続するととも
に、このズームレンズ部の一端に、前記導光部から前記
磁性膜に入射されその外面の前記反射膜で反射された光
を前記磁性膜の磁区模様に対応する像光とする検光子を
設けた磁場顕微鏡本体と、この顕微鏡本体の導光部に光
ファイバを介して接続された光源と、前記顕微鏡本体の
撮像部に電気ケーブルを介して接続された撮像制御部
と、前記顕微鏡本体で撮像した磁区模様を表示するモニ
タディスプレイと、からなることを特徴とするものであ
る。

【００１８】

【作用】すなわち、本発明の磁場顕微鏡装置は、被測定
物体に顕微鏡本体を対向させて、その対物部の磁性膜の
磁区模様を被測定物体の磁場によって変化させ、この磁
性膜の磁区模様を顕微鏡本体の撮像部に設けた撮像素子
で撮像して、この撮像した磁区模様をモニタディスプレ
イに表示するもので、磁性膜の磁区模様は、対物部と撮
像部との間のズームレンズ部の倍率と上記撮像素子の撮
像面とモニタディスプレイの画面との面積比とに応じた
比率で拡大されてモニタディスプレイに表示される。

【００１９】このモニタディスプレイに表示される磁区
模様は、肉眼で容易に識別できる大比率の拡大像であ
り、この表示模様の拡大率は、上記ズームレンズ部の倍
率を調整することによって任意に選ぶことができる。

【００２０】また、この磁場顕微鏡装置では、顕微鏡本
体に磁性膜を備えた対物部と撮像素子を備えた撮像部と
を設け、この対物部と撮像部とをズームレンズ部を介し
て接続しているため、撮像部は常に対物部に対してその
磁性膜の磁区模様を撮像する位置関係にある。したがっ
て被測定物体がどのような物体であっても、この物体に
顕微鏡本体の対物部を対向させさえすれば、この物体の
磁場のパターンに応じた磁性膜の磁区模様を撮像するこ
とができる。

【００２１】しかも、この磁場顕微鏡装置では、光源お
よび撮像制御部を顕微鏡本体とは別に設けて、この光源
および撮像制御部を光ファイバおよび電気ケーブルを介
して顕微鏡本体に接続しているため、顕微鏡本体の大き
さは小さくてすむ。そして、上記磁場顕微鏡装置は、被
測定物体に顕微鏡本体の対物部を対向させて上記物体の
磁場を測定するものであるため、光源および撮像制御部
は定位置に設置しておけばよいから、磁場測定の際の装
置の取扱いは容易である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図１０を参
照して説明する。図１は磁場顕微鏡装置の全体構成を示
し、図２は磁場顕微鏡本体の構成を示している。

【００２３】まず、磁場顕微鏡本体１の構成を図２を参
照して説明すると、この顕微鏡本体１は、その一端に被
測定物体に対向する対物部２を有し、他端に撮像部７を
有するとともに、上記対物部２と撮像部７とをズームレ
ンズ１０を介して接続した構成となっている。

【００２４】上記対物部２は、ズームレンズ部１０の先
端に連結した第１ミラー室１８の先端に設けられてい
る。この対物部２は、第１ミラー室１８の先端に接続さ
れた対物筒３と、この対物筒３の先端の開口部に着脱可
能に装着された磁性膜支持枠４とからなっており、その
先端面、つまり被測定物体との対向面には、迷路状の磁
区をもつ透光性の磁性膜５が取付けられている。この磁
性膜５は例えばガーネット膜である。

【００２５】図３は上記磁性膜５の一部分を拡大して示
している。この磁性膜５は、Ｇd Ｇa ガーネットからな
るベース膜５ａの上に、ＬＰＥ法により（Ｇd Ｂi ）₃
（Ｆe Ａl Ｇa ）₅ Ｏ₁₂、または（Ｇd Ｂi ）₃ （Ｆe
Ａl ）₅ Ｏ₁₂等の磁性ガーネット膜５ｂを育成したもの
で、この磁性ガーネット膜５ｂは、その膜面に対して垂
直な方向に強い磁気異方性をもっており、上向きの磁場
をもつ磁区（以下、上向き磁区という）Ａと、下向きの
磁場をもつ磁区（以下、下向き磁区という）Ｂとが、交
互にかつガーネット膜全体にわたって分布している。図
３に示した矢印は、上記磁区Ａ，Ｂの磁場の向きを示し
ている。

【００２６】図４は上記磁性膜５の磁区模様（磁性ガー
ネット膜５ｂの磁区Ａ，Ｂの模様）を示している。この
磁性膜５の磁区模様は、外部磁界が作用していない初期
状態では、図示のように迷路状の上向き磁区Ａと下向き
磁区Ｂとがガーネット膜全体に均等に分布しているパタ
ーンとなっており、磁性ガーネット膜５ｂにその磁区
Ａ，Ｂの磁場より強い磁場をもつ外部磁界が作用する
と、その磁区模様が外部磁界に応じて変化する。なお、
この磁性膜５は、約１６ｍｍ×１６ｍｍの正方形膜であ
り、ベース膜５ａの厚さは約４５０μｍ、磁性ガーネッ
ト膜５ｂの厚さは５〜６μｍである。

【００２７】また、上記磁性膜５としては、磁区Ａ，Ｂ
の幅Ｗａ，Ｗｂの異なるものが複数種類（例えば磁区幅
Ｗａ，Ｗｂが１０μｍ，１５μｍ，２０μｍ，２５μｍ
の４種類）が用意されており、この磁性膜５は、磁性膜
支持枠４ごと交換される。この磁性膜５は、その一方の
面、例えばベース膜５ａ側の面を外側に向けた状態で図
２に示すように磁性膜支持枠４の開口端に固定されてい
る。

【００２８】この磁性膜５の外面には、この磁性膜５に
その内面側（第１ミラー室１８側）から入射して磁性ガ
ーネット膜５ｂおよびベース膜５ａを透過した光を反射
させるＡl 膜等の反射膜６が設けられている。この反射
膜６は、その反斜面を磁性膜５の外面に密着させて磁性
膜支持枠４の先端面に接着されている。

【００２９】また、上記第１ミラー室１８の一側には、
連結筒２０を介して第２ミラー室１９が連結されてお
り、この第２ミラー室１９の後端には光ファイバ３０が
コネクタ３１によって接続されている。

【００３０】そして、上記第２ミラー室１９の光ファイ
バ接続部と対物部２との間には、外部から上記光ファイ
バ３０を介して導入した光を上記対物部２の磁性膜５に
その内面側から入射させる導光部２１が形成されてい
る。

【００３１】この導光部２１は、第２ミラー室１９の光
ファイバ接続部に設けた偏光子（偏光板）２２と、第２
ミラー室１９の内部に設けた全反射ミラー２３と、第１
ミラー室１８の内部に設けたハーフミラー２４とで構成
されており、上記光ファイバ３０からの出射光は、偏光
子２２により直線偏光された後、全反射ミラー２３によ
り第１ミラー室１８に向けて反射され、さらにハーフミ
ラー２４により対物部２に向けて反射されて磁性膜５に
入射する。

【００３２】また、上記磁性膜５に入射した光は、この
磁性膜５を透過してその外面の反射膜６で反射され再び
磁性膜５を透過して第１ミラー室１８側に出射する。こ
の反射光は、上記ハーフミラー２４を透過してズームレ
ンズ部１０に入射し、このズームレンズ部１０により光
束を拡大されるとともに、上記ズームレンズ部１０の一
端、例えばズームレンズ部１０の後端に連結されたカメ
ラヘッド取付筒２５内に設けた検光子（偏光板）２６を
通って撮像部７に入射する。

【００３３】上記撮像部７は、上記カメラヘッド取付筒
２５の後端に設けられており、この撮像部７は、撮像素
子９を内臓したカメラヘッド８からなっている。上記撮
像素子９は、超小型テレビカメラの撮像部に用いられて
いるフルカラーＣＣＤ撮像素子である。この撮像素子９
の撮像面の大きさは２／３インチであり、１画素のサイ
ズが１２．８μｍ×９．９μｍの分解能をもっている。

【００３４】また、上記ズームレンズ１０は、市販のカ
メラ用ズームレンズと同様なもので、外部鏡筒１１内の
先端部に対物レンズ１２を設けるとともに、外部鏡筒１
１内の後端側に倍率調整レンズ１３を設け、さらに対物
レンズ１２と倍率調整レンズ１３との間にピント調整レ
ンズ１４を設けた構成となっている。

【００３５】上記ピント調整レンズ１４は、外部鏡筒１
１内にその長さ方向に移動可能に設けられた第１の移動
鏡筒１５の先端部に設けられており、倍率調整レンズ１
３は、第１の移動鏡筒１５内にその長さ方向に移動可能
に設けられた第２の移動鏡筒１６の後端部に固定されて
いる。なお、第１の移動鏡筒１５は、その周方向には回
転しないように外部鏡筒１１に回り止めされており、ま
た第２の移動鏡筒１６も、その周方向には回転しないよ
うに第１の移動鏡筒１５に回り止めされている。

【００３６】この移動鏡筒１５，１６の周面には、その
ほぼ半周に、互いに逆方向に傾斜するカム溝１５ａ，１
６ａが設けられており、このカム溝１５ａ，１６ａに
は、外部鏡筒１１の外周に回転可能に装着されたズーム
調整リング１７に固定されて、外部鏡筒１１のほぼ半周
にその周方向に沿わせて設けた溝部から外部鏡筒１１内
に突出するピン１８が嵌入されている。

【００３７】このピン１８は、ズーム調整リング１７の
回転により移動鏡筒１５，１６のカム溝１５ａ，１６ａ
内をその長さ方向に移動して、移動鏡筒１５，１６をそ
のカム溝１５ａ，１６ａの斜面誘導作用によって前後移
動させるもので、移動鏡筒１５，１６は、そのカム溝１
５ａ，１６ａが互いに逆方向に傾斜しているため、互い
に逆方向に移動する。

【００３８】すなわち、上記ズームレンズ部１０は、ズ
ーム調整リング１７の手動回転により倍率調整レンズ１
３を前後移動させて倍率（光束の拡大率）を調整すると
ともに、この倍率調整レンズ１３の移動に連動させてピ
ント調整レンズ１４を移動させてピント調整するもので
ある。

【００３９】また、上記検光子２６は、カメラヘッド取
付筒２５内に周方向に回動可能に設けた回転筒２７に取
付けられている。この回転筒２７は、カメラヘッド取付
筒２５の外周に設けた調整リング２８の回転によって回
転されるもので、検光子２６は、上記調整リング２８を
手動回転することによって周方向に回転され、その透過
軸の向きを調整されるようになっている。

【００４０】なお、２９は、調整リング２８の内周に突
設され、カメラヘッド取付筒２５のほぼ半周にその周方
向に沿わせて設けた溝部を通して上記回転筒２７に固定
されたピンであり、回転筒２７は、上記ピン２９を介し
て調整リング２８と一体回転される。

【００４１】上記磁場顕微鏡本体１は、外部から光ファ
イバ３０を介して導入した光を迷路状の磁区Ａ，Ｂをも
つ磁性膜５に入射させ、この磁性膜５の外面の反射膜６
で反射された光を撮像素子９に入射させて、上記磁性膜
５の磁区模様を撮像するもので、光ファイバ３０を介し
て導入された光は、偏光子２２により直線偏光され、全
反射ミラー２３およびハーフミラー２４で反射されて磁
性膜５に入射する。また、この磁性膜５に入射した光
は、磁性膜５を透過してその外面の反射膜６で反射さ
れ、再び磁性膜５を透過して戻ってくる。

【００４２】この反射光は、ハーフミラー２４を透過し
てズームレンズ部１０の対物レンズ１２に入射し、この
対物レンズ１２を通った後、ピント調整レンズ１４およ
び倍率調整レンズ１３を通って光束を拡大され、さらに
検光子２６を通って撮像部７の撮像素子９に入射する。

【００４３】上記反射光は、磁性膜５を透過する過程で
ファラデー効果（磁場の向きによって偏向面が回転する
現象）により旋光された光であり、磁性膜５の上向き磁
区Ａを透過した反射光と、下向き磁区Ｂを透過した反射
光とは、偏光方向が互いに異なる光であり、したがって
この反射光を検光子２６に通すと、この光は、磁性膜５
の上向き磁区Ａに対応する部分の透過率と、下向き磁区
Ｂに対応する部分の透過率とが互いに異なる像光とな
り、この像光、つまり磁性膜２１の磁区模様が撮像素子
１９で撮像される。

【００４４】この撮像素子９で撮像される磁区模様は、
ズームレンズ部１０の調整倍率に応じて拡大された像で
あり、この像はピントの合った像として撮像素子９の撮
像面に結像する。

【００４５】なお、撮像素子９で撮像される磁区模様の
色は、磁性膜５の色（磁性膜の組成）によって異なる
が、例えば磁性膜５の色が極く薄い黄色を帯びた色であ
る場合は、上向き磁区（反射膜６側がＮ極の磁区）Ａに
対応する模様の色が青緑色、下向き磁区（反射膜６側が
Ｓ極の磁区）Ｂに対応する模様の色が黄橙色である。ま
た、撮像素子９で撮像される磁区模様のコントラスト
は、上記検光子２６を回動させてその透過軸の向きを調
整することにより調整できる。次に、磁場顕微鏡装置の
構成を説明する。

【００４６】この磁場顕微鏡装置は、図１に示すよう
に、上記磁場顕微鏡本体１と、この顕微鏡本体１を制御
する制御装置４０と、顕微鏡本体１で撮像した磁区模様
を表示するモニタディスプレイ５０と、このモニタディ
スプレイ５０の表示画像（磁区模様）のハードコピーを
得るためのプリンタ５１とで構成されている。

【００４７】上記制御装置４０には、ハロゲンランプ等
からなる高輝度の光源ランプ４２とこのランプ４２から
の光をレンズ系により集光する集光部４３とからなる光
源４１と、撮像制御部４４と、上記光源ランプ４２およ
び撮像制御部４４の電源部４５とが設けられており、上
記光源４１の集光部４３の出射部は、上記光ファイバ３
０を介して顕微鏡本体１の導光部２１の光導入端（第２
ミラー室１２の光ファイバ接続部）に接続され、上記撮
像制御部４４は、電気ケーブル３２を介して顕微鏡本体
１の撮像部７に接続されている。

【００４８】また、モニタディスプレイ５０は撮像制御
部４４に接続されており、プリンタは上記モニタディス
プレイ５０に接続されている。なお、モニタディスプレ
イ５０およびプリンタ５１は、カラー画像を表示または
プリントするものである。

【００４９】上記撮像制御部４４は、顕微鏡本体１の撮
像部７を制御するとともに、この撮像部７で撮像した画
像データ（磁区模様データ）をモニタディスプレイ５０
に出力するもので、撮像部７の撮像素子９に走査駆動信
号を送るとともに、この撮像素子９からの画像データを
１走査ライン分ずつ取込んで、この画像データを順次モ
ニタディスプレイ５０に出力し、このモニタディスプレ
イ５０に、顕微鏡本体１で撮像した磁区模様を表示させ
る。

【００５０】なお、図１において、５２は、必要に応じ
て付加される画像処理装置であり、この画像処理装置５
２は撮像制御部４４に接続される。この画像処理装置５
２は、〔従来の技術〕の項で説明した特開昭62−102103
号公報に記載されている磁場測定装置の画像処理装置と
同様に、撮像した磁区模様を画像処理してその磁場パタ
ーンを抽出するものである。次に、上記磁場顕微鏡装置
の使用方法を説明する この磁場顕微鏡装置の用途としては、 ａ．金属部品等の残留磁気の検査 ｂ．磁気探傷における漏洩磁束の検出 ｃ．電磁機器の電磁シールドチェック ｄ．磁場パターンの計測 等の各種用途が考えられる。

【００５１】上記磁場顕微鏡装置による磁場の測定は、
制御装置４０およびプリンタ５１を適当な位置に設置し
ておき、顕微鏡本体１だけを片手で把持してその対物部
２の磁性膜５を被測定物体に近づけることによって行な
われる。

【００５２】なお、顕微鏡本体１の可般範囲は、この顕
微鏡本体１と制御装置４０とを接続している光ファイバ
３０および電気ケーブル３２の長さによって制約される
が、この光ファイバ３０および電気ケーブル３２を十分
長くしておけば、制御装置４０から遠く離れた位置にあ
る物体の磁場も測定することができる。

【００５３】また、モニタディスプレイ５０は、定置型
のものでも、小型液晶テレビジョン受像機のような可般
型のものでもよく、モニタディスプレイ５０を可般型の
小型ディスプレイとすれば、モニタディスプレイ５０を
手に持つかあるいは手近において、このモニタディスプ
レイ５０に表示される磁区模様を見ながら被検査物体の
磁場を測定することができる。

【００５４】なお、モニタディスプレイ５０に表示され
る磁区模様は、例えば前述したように、磁性膜５の上向
き磁区Ａに対応する模様の色が青緑色、下向き磁区Ｂに
対応する模様の色が黄橙色の模様である。

【００５５】また、磁性膜５の磁区Ａ，Ｂの幅Ｗａ，Ｗ
ｂは、例えば１０μｍ〜２５μｍと極く小さい幅である
が、撮像素子９で撮像される磁区模様は、磁性膜５の一
部分、つまりズームレンズ部１０の倍率に応じた撮像視
野領域の磁区模様をズームレンズ部１０によって拡大し
た模様であり、またモニタディスプレイ５０に表示され
る磁区模様は、撮像素子９の撮像面とモニタディスプレ
イ５０の画面との面積比に応じた比率でさらに拡大され
た模様であるため、モニタディスプレイ５０に表示され
る磁区模様のパターンは、肉眼で容易に識別することが
できる。

【００５６】そして、例えば被検査物体がピン状の磁性
部品であり、この物体の残留磁気を検査する場合は、図
１および図２に示すように、被検査物体６０の先端に上
記顕微鏡本体１の磁性膜５を対向させ、この状態で磁性
膜５の磁区模様を撮像素子９により撮像して、その磁区
模様をモニタディスプレイ５０に表示させる。

【００５７】この場合、上記被検査物体６０に残留磁気
がなければ、磁性膜５の磁区模様は、上向き磁区Ａと下
向き磁区Ｂとが磁性膜全体に迷路状に分布している図４
に示した迷路状模様のままであるため、モニタディスプ
レイ５０に表示される磁区模様も、迷路状模様の模様で
あるが、被検査物体６０に残留磁気があると、磁性膜５
の磁区模様が被検査物体６０の先端に生じている磁極の
磁場およびその極性に応じて変化する。

【００５８】図５は、このときにモニタディスプレイ５
０に表示される磁区模様を示しており、図では、磁性膜
５の上向き磁区Ａに対応する青緑色の磁区模様Ａ′を黒
で示し、磁性膜５の下向き磁区Ｂに対応する黄橙色の磁
区模様Ｂ′を白で示している。

【００５９】すなわち、例えば被検査物体６０の先端の
極性が負（Ｎ極）であるときは、磁性膜５の被検査物体
６０に近接させた部分、つまり被検査物体６０の磁場の
影響を受ける部分の磁区Ａ，Ｂのうち、上向き磁区（被
検査物体６０に対向する側がＮ極の磁区）Ａが被検査物
体６０の磁場の影響で反転して下向き磁区Ｂとなるた
め、磁性膜５の磁区模様が、被検査物体６０に近接させ
た部分に下向き磁区Ｂが広がった模様となる。なお、磁
性膜５の被検査物体６０から離れている部分の磁区模様
は、被検査物体６０の磁場の影響を受けないため、上向
き磁区Ａと下向き磁区Ｂとが交互に分布する迷路状模様
のままである。

【００６０】したがって、このときにモニタディスプレ
イ５０に表示される磁区模様は、図５（ａ）に示すよう
に、青緑色の磁区模様Ａ′と黄橙色の磁区模様Ｂ′とが
交互に分布する迷路状模様の中の一部分に、ある広さに
わたって黄橙色の磁区模様Ｂ′が広がった模様である。

【００６１】この磁区模様Ｂ′が広がった部分の形状
は、被検査物体６０の先端の形状にほぼ対応しており、
この部分の色は黄橙色であるため、モニタディスプレイ
５０の表示模様を観察すれば、上記被検査物体６０に残
留磁気があり、しかもその先端の極性が負であることが
分かる。

【００６２】また、上記被検査物体６０の先端の極性が
正（Ｓ極）であるときは、磁性膜５の被検査物体６０に
近接させた部分の磁区Ａ，Ｂのうち、下向き磁区（被検
査物体６０に対向する側がＳ極の磁区）Ｂが被検査物体
６０の磁場の影響で反転して上向き磁区Ａとなり、磁性
膜５の磁区模様が、被検査物体６０に近接させた部分に
上向き磁区Ｂが広がった模様となる。なお、このとき
も、磁性膜５の被検査物体６０から離れている部分の磁
区模様は、迷路状模様のままである。

【００６３】したがって、このときにモニタディスプレ
イ５０に表示される磁区模様は、図５（ｂ）に示すよう
に、青緑色の磁区模様Ａ′と黄橙色の磁区模様Ｂ′とが
交互に分布する迷路状模様の中の一部分に、ある広さに
わたって青緑色の磁区模様Ａ′が広がった模様であるか
ら、この表示模様を観察すれば、上記被検査物体６０に
残留磁気があり、しかもその先端の極性が正であること
が分かる。

【００６４】これは、残留磁気を検査される物体がピン
状部品以外の物体である場合も同様であり、その場合
も、この物体の磁場のパターンおよびその極性に応じて
モニタディスプレイ５０に表示される磁区模様が変化す
る。また、例えば鋼材の磁気探傷における漏洩磁束の検
出に上記磁場顕微鏡装置を用いる場合は、次のような探
傷を行なう。図６は、被検査物体が丸鋼棒または丸鋼管
等である場合の外周面の探傷方法を示している。

【００６５】この探傷方法は、極間式の磁化装置７０を
用いる方法であり、被検査物体６１の外周面の探傷は、
被検査物体６１をその周方向に回転させながら長さ方向
に移動して、この被検査物体６１をその一端側から磁化
装置７０によって磁化して行き、この被検査物体６１の
外周面を顕微鏡本体１で走査する方法で行なう。

【００６６】なお、顕微鏡本体１は、その磁性膜５を被
検査物体６１の外周面に対向させた状態で、手による把
持かまたは図示しないホルダによって定位置に保持して
おくだけでよく、この顕微鏡本体１は、被検査物体６１
の回転および長さ方向移動により、被検査物体６１の外
周面をスパイラル状に走査するから、被検査物体６１の
全周面を探傷することができる。この被検査物体６１の
探傷も、モニタディスプレイ５０に表示される磁区模様
を観察することで行なえばよい。

【００６７】すなわち、被検査物体６１の顕微鏡本体１
が走査している部分に傷がなければ、磁性膜５の磁区模
様は、上向き磁区Ａと下向き磁区Ｂとが磁性膜全体に迷
路状に分布している初期状態の模様のままであり、した
がってモニタディスプレイ５０に表示される磁区模様
も、迷路状模様である。

【００６８】しかし、被検査物体６１の外周面に図７に
示すような表面傷６２があると、被検査物体６１の傷部
分の両側にＮ極とＳ極ができてこの傷部分に漏洩磁束が
発生するため、この漏洩磁束が発生している傷部分を顕
微鏡本体１が走査したときに、この顕微鏡本体１の磁性
膜５に上記傷部分の漏洩磁束が外部磁界として作用し、
磁性膜５の磁区模様が変化する。

【００６９】この場合、被検査物体６１の傷部分の両側
にできるＮ極とＳ極とのうち、傷部分の一側のＮ極に対
向する側では、磁性膜５の磁区Ａ，Ｂのうち、被検査物
体６１に対向する側がＮ極となっている上向き磁区Ａの
極性が反転してこの磁区Ａが逆極性の下向き磁区Ｂとな
り、傷部分の他側のＳ極に対向する側では、被検査物体
６１に対向する側がＳ極となっている下向き磁区Ｂの極
性が反転してこの磁区Ｂが逆極性の上向き磁区Ａとな
る。

【００７０】したがって、磁性膜５の磁区模様は、被検
査物体６１の表面傷６２に対応する位置をはさんで、そ
の一側に上向き磁区Ａが広がり、他側に下向き磁区Ｂが
広がった模様となる。

【００７１】図７および図８は、被検査物体６１の表面
傷６２のある部分を顕微鏡本体１が走査したときにおけ
る、磁性膜５の位置とモニタディスプレイ５０に表示さ
れる磁区模様との関係を示しており、図８（ａ）は磁性
膜５が図７のａ部分にきたときの表示模様、図８（ｂ）
は磁性膜５が図７のｂ部分にきたときの表示模様、図８
（ｃ）は磁性膜５が図７のｃ部分にきたときの表示模様
である。

【００７２】この図のように、被検査物体６１の周方向
回転にともなってその外周面を顕微鏡本体１が走査し、
その磁性膜２１が図７のａ部分にくると、磁性膜２１の
磁区模様のうち、被検査材１の表面傷２がある部分に近
い側の磁区模様が傷部分の漏洩磁束により変化し、モニ
タディスプレイ５０に表示される磁区模様が、図８
（ａ）のように変化する。

【００７３】この表示模様は、被検査物体６１の表面傷
６２の両側にできるＮ極とＳ極とが図７のように形成さ
れた場合で、図８（ａ）において下側つまり傷部分に近
い側に、黄橙色模様Ｂ′が広がった模様であり、磁性膜
５の傷部分から遠い側は、傷部分の漏洩磁束の影響を受
けないため、図８（ａ）において上側の磁区模様は、青
緑色の磁区模様Ａ′と黄橙色の磁区模様Ｂ′とが迷路状
に分布している初期状態の模様のままである。なお、上
記黄橙色模様Ｂ′は、磁性膜５が傷部分に近づくのに連
れて上側に広がって行く。

【００７４】また、上記磁性膜５が図７のｂ部分、つま
り表面傷６２の上にくると、磁性膜５の磁区模様が傷部
分を境として、一側に上向き磁区Ａが広がり、他側に下
向き磁区Ｂが広がった模様となり、モニタディスプレイ
５０の表示模様が、図８（ｂ）のように変化する。

【００７５】この表示模様は、図８（ａ）において上側
つまり傷部分の一側に黄橙色模様Ｂ′が広がり、下側つ
まり傷部分の他側に青緑色模様Ａ′が広がった模様であ
り、青緑色模様Ａ′が広がった領域と、黄橙色模様Ｂ′
が広がった領域との境界の形状は、被検査物体６１の表
面傷６２の形状に対応している。

【００７６】さらに、磁性膜５が表面傷６２の上を通り
過ぎて図７のｃ部分にくると、磁性膜５の傷部分から遠
く離れた側が上記漏洩磁束の影響を受けなくなって、こ
の側の磁区模様が、上向き磁区Ａと下向き磁区Ｂとが迷
路状に分布する模様に戻り、モニタディスプレイ５０の
表示模様が図８（ｃ）のように変化する。

【００７７】この表示模様は、図８（ｃ）において上側
つまり傷部分に近い側に、青緑色の磁区模様Ａ′が広が
り、下側つまり傷部分から遠い側は、青緑色の磁区模様
Ａ′と黄橙色の磁区模様Ｂ′とが交互に分布する迷路状
模様に戻った模様であり、磁性膜５が傷部分から離れて
行くのに連れて、迷路状模様が広がって行く。

【００７８】なお、磁性膜５の磁区模様は、外部磁界の
影響を受けたときに変化し、外部磁界の影響がなくなっ
た後に迷路状模様に戻るが、この迷路状模様は、磁性膜
５が外部磁界の影響を受ける度に前の迷路状模様とは異
なるパターンになる。

【００７９】したがって、このモニタディスプレイ５０
に表示される磁区模様を観察すれば、この磁区模様から
被検査物体６１の表面傷６２の有無および傷の状態を知
ることができる。

【００８０】なお、上記被検査物体６１の表面傷６２の
状態は、モニタディスプレイ５０に表示させた磁区模様
を、適宜プリンタ５１によってプリントアウトすること
により、ハードコピーとして保存することができる。

【００８１】また、図８には被検査物体６１を直流によ
り磁化して探傷した場合におけるディスプレイ表示模様
の変化を示したが、上記磁気探傷は、交流磁化によって
行なってもよい。

【００８２】この場合は、磁性膜５の磁区Ａ，Ｂの極性
が交流電流の周波数に応じて反転し、モニタディスプレ
イ５０に表示される磁区模様が、被検査物体の表面傷に
対応する部分が青緑色の磁区模様と黄橙色の磁区模様と
が迷路状に分布する帯状模様となり、その両側にそれぞ
れ黄橙色の磁区模様が広がった模様となる。

【００８３】この交流磁化による探傷では、モニタディ
スプレイ５０に表示される青緑色の磁区模様と黄橙色の
磁区模様の色の濃度が交流電流の周波数に応じた周期で
変化するが、上記交流電流の周波数が商用電源の周波数
程度以上であれば、色濃度の変化は肉眼では識別できな
いから、表示模様に“ちらつき”を生じることはない。
ただし、プリンタ５１でプリントアウトされるハードコ
ピーの色は、そのプリントタイミングによって僅かなが
ら変化する。

【００８４】なお、上記実施例では、撮像素子９によっ
て撮像される磁性膜５の磁区模様の色をそのままモニタ
ディスプレイ５０に表示させているが、モニタディスプ
レイ５０に表示させる磁区模様の色は、モニタディスプ
レイ５０の色度調整によって色コントラストを強調した
色にすることが可能である。これは、プリンタ５１によ
ってプリントアウトするハードコピーについても同様で
ある。

【００８５】すなわち、上記磁場顕微鏡装置は、被測定
物体に顕微鏡本体１を対向させて、その対物部２の磁性
膜５の磁区模様を被測定物体の磁場によって変化させ、
この磁性膜５の磁区模様を上記顕微鏡本体１の撮像部７
に設けた撮像素子９で撮像させて、この撮像した磁区模
様をモニタディスプレイ５０に表示するものであり、磁
性膜５の磁区模様は、対物部２と撮像部７との間のズー
ムレンズ部１０の倍率と、撮像素子９の撮像面とモニタ
ディスプレイ５０の画面との面積比とに応じた比率で拡
大されてモニタディスプレイ５０に表示されるため、こ
の磁場顕微鏡装置によれば、被検査物体の磁場によって
変化する磁性膜５の磁区模様を顕微鏡で見たような拡大
像として観察して、被検査物体の磁場のパターンを把握
することができる。

【００８６】上記モニタディスプレイ５０に表示される
磁区模様は、磁性膜１の磁区模様を対物部２と撮像部７
との間のズームレンズ部１０によって拡大され、さらに
撮像素子９の撮像面とモニタディスプレイ５０の画面と
の面積比に応じた比率で拡大された大比率の拡大像であ
るため、モニタディスプレイ５０の表示模様は肉眼で容
易に識別できる。この表示模様の拡大率は、ズームレン
ズ部１０の倍率を調整することによって任意に選ぶこと
ができる。

【００８７】また、上記磁場顕微鏡装置では、顕微鏡本
体１に磁性膜５を備えた対物部２と撮像素子９を備えた
撮像部７とを設け、この対物部２と撮像部７とをズーム
レンズ部１０を介して接続しているため、撮像部７は常
に対物部２に対してその磁性膜の磁区模様を撮像する位
置関係にある。

【００８８】したがって被測定物体がどのような物体で
あっても、この物体に顕微鏡本体１の対物部２を対向さ
せさえすれば、この物体の磁場のパターンに応じた磁性
膜５の磁区模様を撮像することができるから、この磁場
顕微鏡装置は、どのような物体の磁場も測定できる汎用
性をもっている。

【００８９】しかも、上記磁場顕微鏡装置では、光源４
１および撮像制御部４４を顕微鏡本体１とは別に設け
て、この光源４１および撮像制御部４４を光ファイバ３
０および電気ケーブル３２を介して顕微鏡本体１に接続
しているため、顕微鏡本体１の大きさは小さくてすむ。

【００９０】そして、上記磁場顕微鏡装置は、被測定物
体に顕微鏡本体１の対物部２を対向させて上記物体の磁
場を測定するものであるため、光源４１および撮像制御
部４４は定位置に設置しておけばよいから、磁場測定の
際の装置の取扱いは容易である。

【００９１】さらに、上記磁場顕微鏡装置においては、
顕微鏡本体１の対物部２の磁性膜５を交換可能に設けて
いるため、この磁性膜５を被検査物体に応じて磁区幅の
異なるものと交換することにより、極く小さい被測定物
体の磁場も確実に測定することができる。

【００９２】すなわち、例えば直径が５０μｍ〜１００
μｍ程度の極細の針状物体の先端の磁場を測定する場
合、磁性膜５として、磁区幅Ｗａ，Ｗｂが２５μｍのも
のを用いたのでは、磁性膜５の迷路状磁区のうち２〜４
本の磁区がその一部において針状物体に対向するだけで
あり、したがってモニタディスプレイ５０に表示される
磁区模様が、迷路状の磁区模様とその一部に生ずる広が
り模様とが判別しにくい模様となって、磁場の測定が困
難になる。

【００９３】しかし、上記磁性膜５を磁区幅の小さいも
の、例えば磁区幅Ｗａ，Ｗｂが１０μｍのものと交換す
れば、磁性膜５の迷路状磁区のうち５〜１０本の磁区が
その一部において針状物体に対向するため、モニタディ
スプレイ５０に表示される磁区模様は、迷路状の磁区模
様とその一部に生ずる広がり模様との判別が容易な模様
となり、したがって上記針状物体の磁場も確実に測定す
ることができる。

【００９４】一方、撮像素子９の分解能は、例えば１画
素のサイズが１２．８μｍ×９．９μｍであるため、上
記磁性膜５を磁区幅の小さいもの（例えば磁区幅Ｗａ，
Ｗｂが１０μｍのもの）と交換すると、磁性膜５の磁区
模様が撮像素子９の分解能では撮像できなくなってしま
うが、上記磁場顕微鏡装置では、磁性膜５の磁区模様を
ズームレンズ部１０を介して撮像素子９で撮像している
ため、撮像素子９の分解能に限界があっても、磁性膜５
の磁区模様を十分な解像度で撮像して、視認性のよい磁
区模様をモニタディスプレイ５０に表示することができ
る。

【００９５】図９は、磁区幅Ｗａ，Ｗｂが１０μｍ〜２
５μｍの各種磁性膜５を用いた場合における、ズームレ
ンズ部１０の倍率とモニタディスプレイ５０の表示画像
の視認性との関係を示したもので、ここでは、撮像素子
の撮像画像に対するディスプレイ表示画像の拡大率（撮
像素子９の撮像面とモニタディスプレイ５０の画面との
面積比）を１：５０とし、ディスプレイ表示画像の視認
性を、 Ｉ ；磁区模様が見えない。 II ；磁区模様は視認できるがモアレ掛かって見える。 III ；磁区模様がモアレのない状態で視認できる。 IV ；磁区模様が明確に視認できる。 の４段階に分けて評価した。

【００９６】この図のように、磁性膜５の磁区幅Ｗａ，
Ｗｂが例えば１０μｍと極く小さくても、ズームレンズ
部１０の倍率を約２．５倍に調整すれば、この磁性膜５
の磁区模様を視認性のよい画像として撮像素子９で撮像
することができる。

【００９７】また、図１０は、２／３インチの撮像素子
９を用いた場合におけるズームレンズ部１０の倍率と撮
像視野（磁性膜５面における被撮像領域の面積）との関
係を示しており、上記表示画像の視認性は、上記ズーム
レンズ部１０の倍率を大きくするほどよくなるが、ズー
ムレンズ部１０の倍率を大きくすると、撮像素子９の撮
像視野が狭くなって磁性膜５の被撮像領域が小さくな
る。

【００９８】したがって、ズームレンズ部１０の倍率
は、使用する磁性膜５の磁区幅Ｗａ，Ｗｂだけでなく、
測定しようとする磁場の大きさも考慮して調整するのが
望ましい。

【００９９】なお、上記実施例の磁場顕微鏡装置では、
顕微鏡本体１を、先端に磁性膜５を設けた軸写型のもの
としているが、この顕微鏡本体は、その側面に磁性膜５
を設けた側写型のものとしてもよい。

【０１００】図１１は上記側写型の顕微鏡本体１ａを示
している。この顕微鏡本体１ａは、図２に示した顕微鏡
本体１における対物部２を、第２ミラー室１９の第１ミ
ラー室１８とは反対側の側面に設け、この対物部２の先
端に磁性膜支持枠４を介して磁性膜５および反射膜６を
設けるとともに、第２ミラー室１９の光ファイバ接続部
に偏光子（図示せず）を設け、第２ミラー室１９内に、
上記偏光子を通った光光を第１ミラー室１８に向けて反
射させるミラー２３ａを設けて、このミラー２３ａと上
記偏光子とで、外部から導入した光を直線偏光にして磁
性膜５に入射させる導光部２１を形成したものである。

【０１０１】また、この実施例では、上記ミラー２３ａ
は、光ファイバ３０から偏光子を通って入射する光を磁
性膜５に向けて反射させ、磁性膜５を透過してその外面
の反射膜６で反射された反射光を透過させるハーフミラ
ーとされ、第１ミラー室１８内のミラー２４ａは、ハー
フミラー２３ａを透過して第１ミラー室１８に入射した
光を撮像部７に向けて反射させる全反射ミラーとしてい
る。なお、この実施例の顕微鏡本体１ａも、その基本的
な構成は図１に示した顕微鏡本体１と同じであるから、
その説明は図に同符号を付して省略する。

【０１０２】この側写型顕微鏡本体１ａは、その磁性膜
５面に対して垂直な方向の高さが小さいから、この側写
型顕微鏡本体１ａを用いれば、被検査物体の検査面の側
方に顕微鏡本体の配置スペースを大きく取れない場合で
も、このスペースに上記顕微鏡本体１ａを配置して磁場
の測定を行なうことができる。

【０１０３】なお、上記実施例では、磁性膜５として磁
性ガーネット膜を用いているが、この磁性膜５として
は、例えばＦd Ｆe またはＧa Ｃo 等の希土類−遷移金
属合金膜を用いてもよい。また、撮像素子９およびモニ
タディスプレイ５０とプリンタ５１は、例えば白黒画像
等のモノクローム画像を撮像および表示またはプリント
するものでもよい。

【０１０４】

【発明の効果】本発明の磁場顕微鏡装置は、被測定物体
の磁場によって変化する磁性膜の磁区模様を撮像し、こ
の撮像した磁区模様をモニタディスプレイに表示するも
のであり、磁性膜の磁区模様は、対物部と撮像部との間
のズームレンズ部の倍率と撮像素子の撮像面とモニタデ
ィスプレイの画面との面積比とに応じた比率で拡大され
てモニタディスプレイに表示されるから、磁性膜の磁区
模様を顕微鏡で見たような像として観察して被測定物体
の磁場のパターンを把握することができるし、またモニ
タディスプレイに表示される磁区模様の拡大率も、上記
ズームレンズ部の倍率を調整することによって任意に選
ぶことができる。

【０１０５】また、この磁場顕微鏡装置によれば、顕微
鏡本体に磁性膜を備えた対物部と撮像素子を備えた撮像
部とを設け、この対物部と撮像部とをズームレンズ部を
介して接続しているため、撮像部は常に対物部に対して
その磁性膜の磁区模様を撮像する位置関係にあり、した
がって被測定物体がどのような物体であっても、この物
体の磁場のパターンに応じた磁性膜の磁区模様を撮像す
ることができる。

【０１０６】しかも、この磁場顕微鏡装置では、光源お
よび撮像制御部を顕微鏡本体とは別に設けて、この光源
および撮像制御部を光ファイバおよび電気ケーブルを介
して顕微鏡本体に接続しているため、被測定物体に対向
させる顕微鏡本体の大きさは小さくてすみ、したがって
磁場測定の際の装置の取扱いは容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す磁場顕微鏡装置の構成
図。

【図２】顕微鏡本体の断面図。

【図３】磁性膜の図１図の拡大斜視図。

【図４】外部磁界が作用していない状態での磁性膜の磁
区模様図。

【図５】磁性膜にピン状物体を対向させたときのモニタ
ディスプレイに表示される磁区模様図。

【図６】磁場顕微鏡装置による磁気探傷方法を示す図。

【図７】同じく被検査物体に対する磁性膜の対向位置の
変化を示す図。

【図８】図７のａ．ｂ，ｃの位置に磁性膜がきたときの
モニタディスプレイに表示される磁区模様図。

【図９】ズームレンズ部の倍率とディスプレイ表示画像
の視認性との関係を示す図。

【図１０】ズームレンズ部の倍率と撮像視野との関係を
示す図。

【図１１】本発明において使用する他の顕微鏡本体の一
部切開側面図。

【符号の説明】

１，１ａ…顕微鏡本体、２…対物部、５…磁性膜、Ａ，
Ｂ…磁区、６…反射膜、７…撮像部、９…撮像素子、１
０…ズームレンズ部、１２…対物レンズ、１３…倍率調
整レンズ、１４…ピント調整レンズ、２１…導光部、２
２…偏光子、２３，２４ａ…全反射ミラー、２３ａ，２
４…ハーフミラー、２６…検光子、３０…光ファイバ、
３２…電気ケーブル、４０…制御装置、４１…光源、４
４…撮像制御部、５０…モニタディスプレイ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 物体の磁場を測定する磁場顕微鏡装置で
   あって、 被測定物体との対向面に迷路状の磁区をもち外部磁界に
   よって磁区模様が変化する磁性膜を設けこの磁性膜の外
   面に反射膜を設けた対物部と、前記磁性膜の磁区模様を
   撮像する撮像素子を備えた撮像部と、外部から導入した
   光を偏光子を通して前記磁性膜にその内面側から入射さ
   せる導光部とを備え、かつ前記対物部と前記撮像部とを
   ズームレンズ部を介して接続するとともに、このズーム
   レンズ部の一端に、前記導光部から前記磁性膜に入射さ
   れその外面の前記反射膜で反射された光を前記磁性膜の
   磁区模様に対応する像光とする検光子を設けた磁場顕微
   鏡本体と、 この顕微鏡本体の導光部に光ファイバを介して接続され
   た光源と、 前記顕微鏡本体の撮像部に電気ケーブルを介して接続さ
   れた撮像制御部と、 前記顕微鏡本体で撮像した磁区模様を表示するモニタデ
   ィスプレイと、からなることを特徴とする磁場顕微鏡装
   置。