JPS63104015A - 微小域磁区構造観測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は磁性材料の微小域磁区構造観測装置に関する。

従来の技術 従来、磁性材料の磁区構造観測手段として、磁気カー効
果による偏光を用いた観測手段は知られていた。然し乍
らこれらの装置は観測に際し、観測装置としてその側方
に磁界を印加する手段を設けた被測定試料面に対し、斜
方向より偏光を照射し、その反射光を観測するため、対
物レンズを成る程度以上、試料に接近させることができ
ず、従って試料の観測に当っては、その対物レンズの焦
点距離を大きくしなければならないため、高々１〜４倍
程度の拡大率を有する対物レンズしか使用することがで
きなかった。

又、光軸として対物レンズの中心軸を通過する従来技術
では、被測定磁性材料の磁化の向きが水平方向（面内方
向）である場合、その磁区構造を観測することは不可能
であった一０更に又、従来技術では、試料近傍にコイル
を設置する必要がある為、観測用試料は１０間〜３０籠
角程度の大きさに切断、使用することが必要であった。

発明が解決しようとする問題点 本発明は磁区構造観測用試料である磁化膜または磁性体
など、磁性材料につき、その微小域についての磁区構造
を対物レンズで１〜４０倍、直接幌測で１〜４００倍、
画像処理観察で２．５〜１０００倍程度の拡大率で観測
が可能な微小域磁区構造観測装置を提供することである
。

こ＼で観測用試料である磁性材料としては、磁気テープ
、フロッピーディスク、ビデオテープ等、通常の磁気的
ソフト材であってもよいが、いわゆる磁気的ハード材、
殊にメタルテープ、スパッター又はメッキ、蒸着等によ
るハードディスク煽ヘッド、アモルファス合金薄帯等で
あってもよく、又、これら磁性材料は垂直磁化材料（垂
直磁化膜）であっても観測可能であるが水平（面内方向
）磁化材料〔水平（面内）磁化膜〕であっても観測可能
な磁性材料の微小域磁区構造観測装置を提供することで
ある。

父、観測用試料は、例えば３態〜３００　Ｗ角又はψ程
度と大きいものであっても、切断等する、ことなく、非
破壊でその微小域磁区構造を観測できる装置を提供する
ことである。

問題点を解決するための手段 本発明は磁気カー効果測定手段に？いて、光源よりの光
を偏光子を経て射出し、射出偏光を対物レンズの中心軸
を含まない一側であって該対物レンズに垂直に入射させ
、その射出光を、必要に応じて強磁界を印加することの
できる手段をその近傍に設けた磁性材料よシなる微小域
磁区構造観測用試料に投射、その反射光を再び同一の対
物レンズの中心軸を含まない他側に入射させ、その射出
光を検光子を通過させて射出する偏光に観測手段を施す
ことを特徴とする微小域磁区構造観測装置である。

こ＼で必要に応じ強磁界を印加することのできる手段は
、±０．１　ＫＯθ以上、好ましくは±ＩＫＯｅ〜±ｌ
０ＫＯθの強磁界を生成することができる鉄心コイル、
例えばワイス型電磁石を微小域磁区構造観測用試料の近
傍、例えばこの試料と近接して、或はこの試料の側方等
に設けてなる手段である。

更にこ＼で使用する電磁石用鉄心は、例えば第１図およ
び第２図に示す様な形状であって、コイル捲回部、アー
ム部、テーパ一部及びコネクション部よりなる特殊形状
鉄心使用コイルにより構成され、１〜５鳩幅程度のエア
ギャップ部を構成する。これにより、微小域磁区構造観
測用試料である磁性材料を破壊することなく、そのま＼
非破壊で、３簡〜３００　ｍ角又はψ程度の大きさの試
料の任意の希望部分を前記電磁石用鉄心のテーパ一部に
より構成されるエアギャツブ部に近接させて、有利にそ
の微小域磁区構造を観測することができるものである。

なお３箪〜３００瓢角又はψ程度の大きさの微小域磁区
構造観測用試料の場合は、上記特殊形状鉄心コイルに代
えて従来公知の鉄心コイルによる電磁石を微小域磁区構
造観測用試料の近傍に設置して構成することもできるも
のである。

次に検光子を通過させて射出する偏光の観測手段は接眼
レンズを通じる目視手段でもよいが、電子ビーム撮像管
、例えばビジコンカメラやカルニコンカメラ等とモニタ
ーテレビの組合せによる手段であってもよい。しかし乍
ら、更に好ましい手段はＣＯＤカメラを用い、これにリ
アルタイムＴＶ画像処理装置を組合せてなる観測手段で
ある。

本発明に使用することができる微小域磁区構造観測用試
料である磁性材料としては、フェライト材、センダスト
材、パーマロイ材などを利ることかできる。

こ＼で磁気的ソフト材としては、例えばオーディオ用磁
気テープ、フロッピーディスク、ビデオテープ、磁気カ
ード、磁気切符、磁気ヘッド、アモルファス金属薄帯等
があり、磁気的ハード材としては、例えばメタルテープ
、スパッター又はメッキ或は蒸着等によるハードディス
ク、磁気ディスク、磁気ドラム等がある。

これらの磁性材料は、垂直磁化材料（垂直磁化膜）であ
ってもよいが、又水平（面内）磁化材料〔水平（面内）
磁化膜〕であってもよい。

本発明を図面に基づき詳述すると、本発明に使用するこ
とができる磁気カー（’ＫＫＲＲ）効果測定手段は光源
１、例えばレーザー光線発生手段、超高圧水銀燈、キセ
ノンランプ又はハロゲンランプなどの光線発生手段によ
り発生した光線は、コンデンサレンズ２．ピンホール３
．コリメーターレンズ４．フィルター５及び偏光子６に
よＦ）　４００　ｍμ〜５５０　ｍｔｔ、試料に依ては
４８０ｍμ〜５５０ｍμの直線又は楕円偏光を取り出し
、反射鏡７を経て対物レンズ８の中心軸を含まない一側
に対物レンズに垂直に入射させ、その射出光を、必要に
応じ、強磁界を印加することのできる手段、例えば鉄心
コイル（電磁石）１１をその近傍に設けた微小域磁区構
造観測用試料である磁性材料１０に投射し、その反射光
を再び同一の対物レンズ８の中心軸を含まない他側に入
射させ、その射出光を反射鏡７を経て検光子１２を通過
させ、更に必要に応じ、フィルター５′を通過させた後
、ピンホール３′、接眼レンズ１３を経て観測手段１４
を施すものである。

こ＼で、磁性材料の微小域磁区構造観測のために、対物
レンズを出射した偏光は、微小域磁区構造観測用試料に
対し、約４５°の入射角並びに反射角を以て入反射させ
るものである。

次に、こ＼で使用する鉄心コイル１１は鉄心１１−１及
びコイル１１−２よりなり、この鉄心１１−１は透磁率
の高い軟鉄材を使用することが好ましい。例えば第１図
及び第２図に示す様に、鉄心１１−１はコイル捲回部１
１−１−１．アーム部１１−１−２．テーパ一部１１−
１−３．及びコネクタ一部１１−１−４等より構成され
、そのテーパ一部１１−１−３により、１〜５＋ｍ幅程
度の二の微小域磁区構造観測用試料である磁性材料を切
断して試料片として使用、観測してもよいが、非破壊で
、その試料の観測を希望する任意の部分を近接させて観
測することができる。但し、エアーギャップは、本発明
装置に使用するレンズの倍率、Ｎ、　Ａ、　（Ｎｕｒｎ
θｒｉｃａｌ　Ａｐｅｒｔｕｒｅ　）に応じて設計され
るものである。

本発明装置において、微小域磁区構造観測用試料である
磁性材料がハード材の場合は通常０、　Ｉ　ＫＧａｕｓ
ｓ　〜１０ＫＧａｕｓｓ　の高磁束密度を生成させる必
要がちるため、強磁界を印加させる必要があるので、特
に好ましくは、電磁石を使用した磁気カー効果測定装置
ＫＯＣＤカメラ及びリアルタイムＴＶ画像処理装を次を
組合せて使用するのが好ましい。

次に本発明において、その観測手段１４としては、目視
手段により、又は直接写真撮影による手段を用いてもよ
いが、電子ビーム撮像管、例えばビジコンカメラ或はカ
ルニコンカメラ等とモニターテレビを組合せ使用する手
段を用いることも可能である。この場合は、その映像の
拡大倍率は、対物レンズとして１〜４０倍、接眼レンズ
として１〜１０倍が使用可能であるので、全体として１
〜４００倍程度のものが得られる。しかし乍ら観測手段
としてＣＣＤカメラ１４−１とリアルタイムＴＶ画像処
理装置１４−２を使用した場合は、装詩全体として２．
５〜１０００倍程度の拡大率の映像を得ることができる
ものである。

ＯＣＤカメラとリアルタイムＴＶ画像処理装置を組合せ
使用する観測手段を用いた場合を以下に説明する。

前記の様に接眼レンズ１３を射出した偏光は、その観測
手段１４としてまず第３図に示すＣＣＤカメラ１４−１
に受光する。

ＣＯＤ　（Ｏｈａｒｇｓ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃ
ｅ　）カメラとは、金属−酸化物一半導体で形成したＭ
ＯＳダイオードであり、ゲート電極がモザイク状に配列
されているＣＣＤ全固体撮像素子を有するカメラで、カ
メラヘッド部とカメラ制御部とよりなる。

前記ＣＯＤカメラへの受光光をカメラヘッド部のＣＣＤ
全固体撮像素子で光電変換された信号は、カメラ制御部
のアナログ又はディジタル走査によって映像信号として
出力される。

ＣＣＤカメラ１４−１よシの出力信号は第３図リアルタ
イムＴＶ画像処理部１４−２へ送られる。

このリアルタイム画像処理部は、その内部に高速で作動
するＡ　／　Ｄ変換部１７．演算処理部（メモリ書込み
）１８．メモリ部１９．演算処理部（メモリ読出し）２
０．エンハンス処理部２１．Ｄ／Ａ変換部ｎを含んで構
成されている。

まず微小域磁区構造観測用試料１０に磁界を印加しない
時の像を演算処理部１８で積分しく至）（第４図）、メ
モリ部１９に記憶し、背景像とする６υ。

次に微小域磁区構造観測用試料１０に強磁界を印加し、
Ｃｌ：！Ｄ左カメラ４−１からの映像信号から前記背景
像を引きながら、メモリ１９を使ってアベレージング処
理をするＣ３のと同時にエンハンス処理部２１でコント
ラストを強調しく３３〜３７）、Ｄ　／　Ａ変換部ｎを
通じてＴＶ表示する（至）。

こ＼で背景像を引くことにより、微小域磁区構造観測用
試料表面の不均一に起因するＣＯＤカメラ出力電圧のバ
ラツキを除去し、磁界による変化部分のみを抽出するこ
とができる。

演算処理部での積分は、同一映像を数回加算するもので
、静止画に対するＳ／Ｎ改善をもたらし、加算回数をＮ
とすると６倍のＳ／Ｎ改善効果がある。一方、アベレー
ジングは入力画像データとメモリ画像データの重み付け
をして、メモリの書込みデータとするもので、動画像に
対するＳ／Ｎ改善である。重み付は係数をＫとするとａ
Ｒ下１−倍のＳ　／　Ｎ改善効果がある。Ｋの値の設定
はリモコンボックス讃、２５にて行う。

又エンハンス処理部２１　ハｍ　＆エンハンスルックア
ップテーブルで構成されており１６ビツトの画像データ
の場合は、観察したい部分を選択して、その範囲のコン
トラストを強調するもので、見やすい画像を得ることが
できる。

以上の画像処理によシ、微小域磁区構造観測用試料であ
る磁性材料の微小域磁区構造が大きい拡大率で明瞭に観
測出来る様になったものである。

なお本発明に使用するリアルタイムＴＶ画像処理装置は
少くとも毎秒δフレーム以上、好ましくは毎秒加フレー
ム以上の画像処理をすることが可能でなければならない
もので８ある。

実施例 第１図及び第２図に示す装置を使用し、光臨１として１
００Ｗの超高圧水銀燈を使用し、フィルター５を使用し
て得た４８０ｍμ〜５５０ｍμの直線偏光を倍率加倍の
対物レンズ８の中心軸を含まない一側に中心軸に平行に
入射する。

微小域磁区構造観測用試料１０として１３０瓢ψのハー
ドフロッピーディスクを第１図試料台９に載置し、この
試料に対し、心磁石１１に３　ＫＯθの強磁場を生成し
、又は前記磁場を生成せずｌζ前記対物レンズ８を出射
した偏光を４５°に近い人、反射角で照射する。

この微小域磁区構造観測用試料１０を反射した偏光は、
中心軸を含むことなく中心軸に平行に対物レンズ８．検
光子１２．ピンホール３′２倍率１０倍の接眼レンズ１
３を経てＴｌ−２６Ａ形ＣＣＤカメラ（日本電気株式会
社製商品名）１４−１の受光部へ達する。

ＣＯＤカメラ受光部での映像信号はカメラ制御部′へ送
られ、ディジタル化した画像信号電流としてリアルタイ
ムＴＶ画像処理装置イメージΣ（日本アビオニクス株式
会社製商品名）のビデオ切換部１６を経てＡ／Ｄ変換部
１７へ入力される。

こ＼でＡ／Ｄ変換部１７は８ビット／画素として構成さ
れ、画素構成は６４ＫＤ−ＲＡＭ使用により６４０　Ｘ
　４８０画素画素面であシ、背景画像を入力して積分し
た積分結果は１６ビツト／画素、積分時間３３ｍ５ｅｃ
／画面（８，３秒／２５６画面）である。

更に背景除去像に対する動的ノイズ除去としては Ｓｎ＝Ｌｎ−Ｂ Ｍｎ＝−！−ｓ　Ｓｎ＋（１−Ｙ”）＠Ｍ”−１に 但し、Ｌ：入力画像、Ｂ：背景画像、Ｓ：入力画像−背
景画像、Ｋ：重み付は係数（Ｋ　＝　２゜４．６，８．
１６ビツト）、Ｍ：画像メモリ（６４０Ｘ４８０Ｘ１６
ビツト）、ｎ：画像数として計算される。

又、背景除去像に対する静的ノイズ除去としては次の様
に計算される。

Ｓｎ＝Ｌｎ−Ｂ Ｍｎ＝Σ　（Ｓｎ）　　　　ｍ　：　２’　〜２’１’
ｌ−１ 但し、Ｌ、Ｂ、Ｓ、Ｍ、ｎは前記同様の意味を有する。

なお、輝度強調有効データをフルスケール表示する際は
、２５６階調でＤ　／　Ａ変換部は８ビット／画素とし
て構成されている。

結局、画像処理方式としては、ある一方向の飽和状態の
磁区パターンを積分して背景画像とし、ライブ像との差
分をとってエンハンスした後、アペレージングするもの
であり、これにより動的観測が可能になったものである
。

以上の結果、倍率５００倍の明瞭な縞状の微小域磁区構
造を観測することが出来た。

作用 本発明は前述の通り、射出偏光を対物レンズの中心軸を
含まない一側であって、該対物レンズに垂直に入射させ
、その射出光を微小域磁区構造観測用試料である磁性材
料に投射、その反射光を同一対物レンズの中心軸を含ま
ない他側に入射させて使用するものである。

必要に応じ、±０．１　ＫＯｅ〜１０　ＫＯｅの強磁界
又は０、　Ｉ　ＫＧａｕｓｓ　〜１０　ＫＧａｕｓｅ程
度の高磁束密度を生成し得る強磁界を印加するための手
段としそ、鉄心コイル（電磁石）などが設置しである為
、従来の様な磁区構造観測用試料に対し、偏光を斜方向
より入射させる装置とは異なり、本発明装置は、偏光を
対物レンズの中心軸は含まないが、対物レンズの中心軸
に対して平行に入射、微小域磁区構造観測用試料に投射
し、その反射光を同一対物レンズの中心軸は含まない他
の一側で該中心軸に平行に出射する様にした装置である
ので、焦点距離の短い、即ち拡大率の大きい対物レンズ
を使用することが可能となった。

更に本発明装置による微小域磁区構造観測用試料である
磁性材料観測の為に使用する偏光は、対物レンズの中心
軸を含まない様に、しかもその中心軸に平行に通過させ
るものであって、好ましくは、微小域磁区構造観測用試
料に投射する際は、対物レンズの中心軸に対して約４５
°の入射角並びに反射角を以て入反射させる様に構成し
であるので、微小域磁区構造観測試料である磁性材料が
、その平面に対し、垂直方向のみならず、水平（面内）
方向Ｃて磁化されている場合であっても、その微小域磁
区構造を観測する合には、通常強磁界を印加して観測を
行うものであるが、射出偏光の観測手段としてＣＯＤカ
メラ及びリアルタイムＴＶ画像処理装置を使用すること
により、強磁界を印加しても背景雑音を除去して微小域
磁区構造を観測することが可能となったものである。

更に又本発明装置を使用する際、本装置を構成する強磁
界印加手段として鉄心コイル（電磁石）を使用するもの
であるが、鉄心の形状を前述の様な形状とすることより
、微小域磁区構造観測用試料を載置する為の充分な余裕
を有するものとなった。

効果 従来、磁性材料の磁区構造の観測は、対物レンズで１〜
４倍程度の拡大率しか得られなかったが、本発明装置を
使用することにより、対物レンズで１〜４０倍の拡大率
が得られ、全体として直接観測で１〜４００倍、画像処
理観測で２．５〜１０００倍の拡大率で磁性材料の微小
域磁区構造観測が可能となったものであり、従来よりも
磁性材料の飛躍的に高い精度でのその微小域磁区構造を
観測することが始めて可能となったものである。

又、本発明装置を使用することにより垂直磁気記録材料
のみならず、水平（面内）磁気記録材料についての微小
域磁区構造の観測も可能となったものである。

更に本発明装置を使用する際、強磁界印加手段として前
記鉄心コイル（電磁石）において特殊形状の鉄心を使用
する場合は、微小域磁区構造観測用試料は、３ｆｆｉ１
〜３００闇角又はφ程度の大きさならば、切断、破壊等
することなく、非破壊でその任意の部分の微小域につい
ての磁区構造を観測することが可能となったものであシ
その利点は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の微小域磁区構造観測手段における磁気
カー効果観測手段の説明例図であシ、第２図は強磁界を
印加することのできる手段として第１図に示す強磁界発
生用鉄心コイル（電磁石）の鉄心の形状の説明例図であ
る。第３図は本発明徴小域磁区構造観測手段としてのａ
ＣＤカメラ及びリアルタイムＴＶ画像処理部のブロック
説明図であり、第４図は同じくリアルタイムＴＶ画像処
理部のフローチャート図を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気カー効果測定手段において光源よりの光を偏光
   子を経て射出し、射出偏光を対物レンズの中心軸を含ま
   ない一側であつて、該対物レンズに垂直に入射させ、そ
   の射出光を必要に応じて強磁界を印加することのできる
   手段をその近傍に設けた微小域磁区構造観測用試料に投
   射、その反射光を再び同一対物レンズの中心軸を含まな
   い他側に入射させ、その射出光を検光子を通過させて射
   出する偏光に観測手段を施すことを特徴とする微小域磁
   区構造観測装置。 ２、必要に応じて強磁界を印加することのできる手段は
   ±０．１ＫＯｅ以上、好ましくは±１ＫＯｅ〜±１０Ｋ
   Ｏｅの強磁界を生成することができる鉄心コイルを設け
   てなる手段である特許請求の範囲第１項記載の微小域磁
   区構造観測装置。 ３、微小域磁区構造観測用試料の近傍に設けた強磁界印
   加手段としての電磁石用鉄心は、微小域磁区構造観測用
   試料に近接して使用するエアギャップ部を有する構造で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
   記載の微小域磁区構造観測装置。 ４、微小域磁区構造観測用試料は３ｍｍ〜３００ｍｍ角
   又はφの大きさの非破壊試料であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の微小
   域磁区構造観測装置。 ５、検光子を通過させて射出する偏光の観測手段は、接
   眼レンズを通じる目視又は写真撮影手段であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに
   記載の微小域磁区構造観測装置。 ６、検光子を通過させて射出する偏光の観測手段は、電
   子ビーム撮像管カメラ及びモニターテレビの組合せによ
   る手段であることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
   至第４項のいずれかに記載の微小域磁区構造観測装置。 ７、検光子を通過させて射出する偏光の観測手段は、Ｃ
   ＣＤカメラ及びリアルタイムＴＶ画像処理手段よりなる
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第４項のいずれかに記載の微小域磁区構造観測装置。