(57)【要約】【課題】  対物レンズの偏光ムラに起因する消光比の低下が抑制されたカー効果顕微鏡を提供する。【解決手段】  本発明によるカー効果顕微鏡は，光源１と，対物レンズ１４と，光源１からの光を対物レンズ１４を介して試料に入射するベレークプリズム１３と，ベレークプリズム１３から出射された光が対物レンズ１４に入射される位置が調節可能であるように，対物レンズ１４とベレークプリズム１３とを保持する保持機構とを備えている。【選択図】  図１
2006113527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と，
対物レンズと，
前記光源からの光を前記対物レンズを介して試料に入射するベレークプリズムと，
前記ベレークプリズムから出射された光が前記対物レンズに入射される位置が調節可能であるように，前記対物レンズと前記ベレークプリズムとを保持する保持機構
とを備える
カー効果顕微鏡。
【請求項２】
請求項１に記載のカー効果顕微鏡であって，
前記保持機構は，前記対物レンズを，その光軸の回りに回転自在に保持する
カー効果顕微鏡。
【請求項３】
請求項２に記載にカー効果顕微鏡であって，
前記保持機構は，
前記対物レンズを収容する対物レンズ筒と，
前記対物レンズ筒に脱着自在に螺合されるアダプタ
とを含み，
前記アダプタは，前記対物レンズ筒を前記光軸の回りに回転自在に保持する
カー効果顕微鏡。
【請求項４】
請求項１に記載のカー効果顕微鏡であって，
前記保持機構は，前記対物レンズを，前記光軸に垂直な第１方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。
【請求項５】
請求項１に記載のカー効果顕微鏡であって，
前記保持機構は，前記対物レンズを，前記第１方向に垂直な第２方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。
【請求項６】
請求項１に記載のカー効果顕微鏡であって，
前記保持機構は，前記ベレークプリズムを前記対物レンズの光軸に垂直な方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。
【請求項７】
請求項１に記載のカー効果顕微鏡であって，
更に，
前記対物レンズの温度を均一化するための温度調節装置
を備える
カー効果顕微鏡。
【請求項８】
請求項１に記載のカー効果顕微鏡であって，
更に，
前記対物レンズを収容する対物レンズ筒と，
前記対物レンズ筒を前記対物レンズの光軸の回りに包囲するように設けられたヒーター
とを備える
カー効果顕微鏡。
【請求項９】
請求項１に記載のカー効果顕微鏡であって，
更に，
ケーラー照明法によって前記光源からの前記光を前記ベレークプリズムに入射する入射光学系を備え，
前記入射光学系の開口絞りの開口の直径は，０．５ｍｍ以下である
カー効果顕微鏡。
【請求項１０】
光源と，
前記光源からの光ビームから第１直線偏光を生成する偏光子と，
前記第１直線偏光から第２直線偏光を生成する第１光学系と，
前記第２直線偏光と９０°だけ偏光面の角度が異なる第３直線偏光を前記第１直線偏光から生成するための第２光学系と，
前記偏光子から出射される前記第１直線偏光を，前記第１光学系と前記第２光学系の一方の光学系に選択的に入射する切り替え手段と，
前記第２直線偏光と前記第３直線偏光とのうち，前記一方の光学系から出射される直線偏光が入射され，且つ，入射光を試料に入射する対物レンズと，
前記一方の光学系から出射される前記直線偏光が前記対物レンズに入射される位置が調節可能であるように，前記対物レンズを保持する保持機構と，
前記試料からの反射光が入射される検光子と，
前記検光子から出射される光が入射される検出器
とを具備する
カー効果顕微鏡。
【請求項１１】
請求項１０に記載のカー効果顕微鏡であって，
前記第１光学系は，前記第２直線偏光を前記対物レンズに出射するためのベレークプリズムを含み，
前記ベレークプリズムは，前記ベレークプリズムから出射された前記第２直線偏光が前記対物レンズに入射される位置が調節可能であるように，移動可能に保持されている
カー効果顕微鏡。
【請求項１２】
光源と，
対物レンズと，
前記対物レンズを保持する対物レンズ保持機構と，
前記光源からの光ビームを前記対物レンズを介して試料に入射する光学系
とを備え，
前記対物レンズ保持機構は，対物レンズを，その光軸の回りに回転可能に保持する
カー効果顕微鏡。
【請求項１３】
光源と，
対物レンズと，
前記対物レンズを保持する対物レンズ保持機構と，
前記光源からの光ビームを前記対物レンズを介して試料に入射する光学系
とを備え，
前記対物レンズ保持機構は，前記対物レンズを，その光軸に垂直な第１方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。
【請求項１４】
請求項１３に記載のカー効果顕微鏡であって，
前記対物レンズ保持機構は，前記対物レンズを，前記第１方向に垂直で，且つ，前記光軸に垂直な第２方向に移動自在に保持する
カー効果顕微鏡。
【請求項１５】
光源と，
対物レンズと，
前記光源からの光を前記対物レンズを介して試料に入射するベレークプリズムと，
前記ベレークプリズムを前記対物レンズの光軸に垂直な方向に移動自在に保持する保持機構
とを備える
カー効果顕微鏡。
【請求項１６】
光源と，
対物レンズと，
前記光源からの光ビームを前記対物レンズを介して試料に入射する光学系と，
前記対物レンズの温度を均一化する温度調節装置
とを備える
カー効果顕微鏡。
【請求項１７】
光源と，
対物レンズと，
前記光源からの光ビームを前記対物レンズを介して試料に入射する光学系と，
前記対物レンズを収容する対物レンズ筒と，
前記対物レンズ筒を前記対物レンズの光軸の回りに包囲するように設けられたヒーター
とを備える
カー効果顕微鏡。
【請求項１８】
光源と，
対物レンズと，
ケーラー照明法によって前記光源からの光を前記対物レンズを介して試料に入射する入射光学系
とを備え，
前記入射光学系の開口絞りの開口の直径は，０．５ｍｍ以下である
カー効果顕微鏡。
【請求項１９】
光源と，
前記光源からの光ビームから第１直線偏光を生成する偏光子と，
前記第１直線偏光から第２直線偏光を生成するための第１光学系と，
前記第２直線偏光と９０°だけ偏光面の角度が異なる第３直線偏光を前記第１直線偏光から生成するための第２光学系と，
前記偏光子から出射される前記第１直線偏光を，前記第１光学系と前記第２光学系の一方の光学系に選択的に入射する切り替え手段と，
前記第２直線偏光と前記第３直線偏光とのうち，前記一方の光学系から出射される直線偏光が入射され，且つ，入射光を試料に入射する対物レンズと
前記試料からの反射光が入射される検光子と，
前記検光子から出射される光が入射される検出器
とを具備する
カー効果顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，カー効果顕微鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
カー効果顕微鏡は，磁性材料が直線偏光の光を反射するときに，反射光の偏光面が磁性材料の磁化の大きさに応じて回転することを利用して磁性材料の磁区構造を観察し，又は，磁性材料の磁気的な特性を得る装置である（非特許文献１参照）。カー効果顕微鏡は，典型的には，光源と，偏光子と，試料に対向する対物レンズと，検光子と，検出系から構成される。試料の磁区構造を観察するためには，検出系としてはＣＣＤカメラのような撮像装置が使用される。一方，試料の局所的な磁気特性，例えば磁化を定量的に測定するためには，検出系としては，フォトダイオードのような光電変換素子が使用される。
【０００３】
カー効果顕微鏡の動作原理は，概略的には，以下のとおりである。光源によって発生された光は，偏光子及び対物レンズを介して試料に入射される；試料に入射される入射光は，直線偏光を有している。試料は，入射光を反射して反射光を生成する。反射光の偏光面は，カー効果によって入射光の偏光面から回転される。偏光面の回転角度は，試料の磁化の大きさに依存している。試料によって反射された反射光は，対物レンズを介して検光子に入射され，検光子を通過した光は，検出系に入射される。検光子を通過する光の強度分布は，試料の磁化の大きさの分布に対応しているから，検光子を通過した光から磁区構造の像を取得し，また，試料の磁化の大きさの分布を得ることができる。
【０００４】
このようなカー効果顕微鏡では，検出系によって検出される光の消光比が高いことが重要である。消光比が低いことは，磁区構造の像の鮮明さを低下させ，又は，検光子を通過した光のＳＮ比を低下させる。
【０００５】
消光比を低下させる原因の一つは，対物レンズの偏光ムラである。対物レンズには，本質的に，それに印加される応力に起因した偏光ムラが存在し，これにより消光比が低くなる領域と高くなる領域とが存在する。非特許文献１には，対物レンズが消光比が高くなる十字形の領域を有していることが開示されている；入射光及び反射光がその十字型の領域以外の領域を通過すると，消光比が低くなる。加えて，対物レンズには，製造工程によって不可避的に導入される偏光ムラが存在し，これによって消光比が低下する。
【０００６】
このような背景から，対物レンズの偏光ムラに起因する消光比の低下を回避するための技術の提供が求められている。
【非特許文献１】"Magnetic Domains---The Analysis of Magnetic Microstructures", Alex Hubert Rudolf Schafer, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1998
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は，対物レンズの偏光ムラに起因する消光比の低下が抑制されたカー効果顕微鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために，本発明は，以下に述べられる手段を採用する。その手段を構成する技術的事項の記述には，［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために，［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し，付加された番号・符号は，［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明によるカー効果顕微鏡は，光源（１）と，対物レンズ（１４）と，光源（１）からの光を対物レンズ（１４）を介して試料に入射するベレークプリズム（１３）と，ベレークプリズム（１３）から出射された光が対物レンズ（１４）に入射される位置が調節可能であるように，対物レンズ（１４）とベレークプリズム（１３）とを保持する保持機構（３２，３３）とを備えている。かかるカー効果顕微鏡は，対物レンズ（１４）のうち消光比を高くする領域を選択的に使用することを可能にし，これによって消光比を有効に向上させることができる。
【００１０】
具体的には，保持機構（３２，３３）は，対物レンズ（１４）を，その光軸（１４ａ）の回りに回転自在に保持することが好ましい。これにより，ベレークプリズム（１３）から出射された光が対物レンズ（１４）に入射される位置を対物レンズ（１４）の周方向に調節することが可能である。更に具体的には，保持機構（３２，３３）は，対物レンズ（１４）を収容する対物レンズ筒（３４）と，対物レンズ筒（３４）に脱着自在に螺合されるアダプタ（５３）とを含み，アダプタ（５３）は，対物レンズ筒（３４）を対物レンズ（１４）の光軸（１４ａ）の回りに回転自在に保持することが好ましい。
【００１１】
また，保持機構（３２，３３）は，対物レンズ（１４）を，光軸（１４ａ）に垂直な第１方向に移動自在に保持することが好ましく，対物レンズ（１４）を前記第１方向と光軸（１４ａ）との両方に垂直な第２方向にも移動自在に保持することが一層に好ましい。
【００１２】
また，保持機構（３２，３３）は，ベレークプリズム（１３）を対物レンズ（１４）の光軸（１４ａ）に垂直な方向に移動自在に保持することが好ましい。
【００１３】
このような技術は，試料の面内における磁区構造と垂直方向の磁区構造の両方の観察が可能であるように構成されたカー効果顕微鏡にも適用され得る。このようなカー効果顕微鏡は，具体的には，光源（１）と，光源（１）からの光ビームから第１直線偏光（２２）を生成する偏光子（１０）と，第１直線偏光（２２）から第２直線偏光を生成する第１光学系（７２）と，第２直線偏光と９０°だけ偏光面の角度が異なる第３直線偏光を第１直線偏光（２２）から生成するための第２光学系（７３）と，偏光子（１０）から出射される第１直線偏光（２２）を，第１光学系（７２）と第２光学系（７３）の一方の光学系に選択的に入射する切り替え手段（７１）と，第２直線偏光と第３直線偏光とのうち，前記一方の光学系から出射される直線偏光が入射され，且つ，入射光（２３）を試料に入射する対物レンズ（１４）と，前記一方の光学系から出射される前記直線偏光が対物レンズ（１４）に入射される位置が調節可能であるように，対物レンズを保持する保持機構（３２）と，前記試料からの反射光（２４）が入射される検光子（１５）と，検光子（１５）から出射される光が入射される検出器（１７）とを具備する。第１光学系（７２）が第２直線偏光を対物レンズ（１４）に出射するためのベレークプリズム（１３）を含む場合には，ベレークプリズム（１３）は，ベレークプリズム（１３）から出射された前記第２直線偏光が対物レンズ（１４）に入射される位置が調節可能であるように，移動可能に保持されていることが好ましい。
【００１４】
当該カー効果顕微鏡は，対物レンズ（１４）の温度を均一化するための温度調節装置を備えることが好ましい。対物レンズ（１４）の温度の均一化は，対物レンズ（１４）の温度の不均一性に起因する偏光ムラの発生を抑制し，消光比を有効に向上させる。具体的には，当該カー効果顕微鏡が対物レンズ（１４）を収容する対物レンズ筒（３４）を備える場合には，ヒーター（６２）が，対物レンズ筒（３４）を対物レンズ（１４）の光軸（１４ａ）の回りに包囲するように設けられることが好ましい。
【００１５】
また，当該カー効果顕微鏡が，更に，ケーラー照明法によって光源（１）からの光をベレークプリズム（１３）に入射する入射光学系（２）を備える場合には，入射光学系（２）の開口絞り（７）の開口の直径は，０．５ｍｍ以下であることが好ましい。開口絞り（７）の開口の直径が小さいことは，対物レンズ（１４）のうちの偏光ムラが均一とみなせる領域を選択的に使用することを可能にし，消光比の向上に有効である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば，対物レンズの偏光ムラに起因する消光比の低下が抑制されたカー効果顕微鏡を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下，添付図面を参照しながら，本発明によるカー効果顕微鏡の実施の一形態が説明される。
【００１８】
第１  カー効果顕微鏡の光学系
図１は，本発明の実施の一形態のカー効果顕微鏡の光学系の構成を示す図である。本実施の形態のカー効果顕微鏡は，面内の磁区構造の観察に使用されるような構成を有している。具体的には，本実施の形態のカー効果顕微鏡は，磁区構造の観察に使用される光を生成する光源１と，入射光学系２と，落射光学系３と，検出光学系４とを備えている。光源１としては，典型的には，水銀高圧ランプが使用される。入射光学系２は，光源１が生成する光２１から直線偏光２２を生成するための光学系であり，コンデンサレンズ６と，開口絞り７と，視野絞り８と，リレーレンズ９と，偏光子１０とから構成されている。落射光学系３は，入射光学系２によって生成された直線偏光２２を，試料Ｗに入射するための光学系である。試料Ｗに入射される直線偏光は，以下では，入射光２３と記載される。落射光学系３は，ミラー１１，１２と，ベレークプリズム１３と，対物レンズ１４から構成されている。図を簡略化するために，対物レンズ１４は１枚のみが図示されているが，通常，対物レンズ１４は，複数のレンズで構成される。検出光学系４は，入射光２３が試料Ｗによって反射されることによって生成される反射光２４から磁区構造の観察像を得るための光学系である。検出光学系４は，検光子１５と，結像レンズ１６と，ＣＣＤカメラ１７とから構成されている。当該カー効果顕微鏡が試料Ｗの磁気特性の定量的な測定に使用される場合には，ＣＣＤカメラ１７の代わりに，光電変換素子，例えば，フォトダイオードが使用され得る。
【００１９】
図１のカー効果顕微鏡は，下記の原理によって面内の磁区構造の観察像を得る。
光源１によって生成された光２１は，入射光学系２によって直線偏光２２に変換される。より具体的には，光源１によって生成された光２１は，コンデンサレンズ６によって開口絞り７に集光される。開口絞り７に集光された光２１は，視野絞り８及びリレーレンズ９を介して偏光子１０に入射され，これにより，偏光子１０から直線偏光２２が出射される。入射光学系２には，ケーラー照明法が採用されており，具体的には，リレーレンズ９の焦点距離は，対物レンズ１４の後方焦点面（即ち，試料Ｗと反対側の焦点面）に光源１の実像が結ばれるように選択される。ケーラー照明法の採用は，開口絞り７の大きさによって高次光の量を調整して視野の明るさを制御することを可能にする。
【００２０】
入射光学系２によって生成された直線偏光２２の光路の方向は，落射光学系３のミラー１１，１２と，ベレークプリズム１３によって試料Ｗに向く方向に変換され，対物レンズ１４に入射される。３回の全反射によって光路の方向を９０°変換できるベレークプリズム１３の採用は，入射光２３の偏光の楕円化を抑制するために有効である。
【００２１】
ベレークプリズム１３から出射された直線偏光２２は，対物レンズ１４の周辺部に入射され，これにより，対物レンズ１４から出射される入射光２３は，試料Ｗの表面に対して斜めにされる。入射光２３の入射角（即ち，入射光２３の光軸と試料Ｗの表面の法線とがなす角）が大きいことは，縦カー効果を強め，ＳＮ比の増大に有効である。
【００２２】
入射光２３が試料Ｗによって反射されることによって反射光２４が生成される。反射光２４の偏光面は，縦カー効果により回転され，入射光２３の偏光面と異なる方向を向いている。偏光面の回転角度は，試料Ｗの磁化の大きさに比例する。従って，面内の磁区構造の存在は，偏光面の回転角度に分布を発生させる。
【００２３】
反射光２４は，対物レンズ１４を介して検出光学系４の検光子１５に入射される。検光子１５の偏光面は，入射光２３の偏光面に対応する面と垂直な偏光面の偏光を通過させるように定められており，従って，検光子１５を出射する光は，検光子１５に入射された偏光の回転角度の分布に対応した強度分布を有している。検光子１５を出射した光は，結像レンズ１６を介してＣＣＤカメラ１７に入射される。ＣＣＤカメラ１７によって撮影される観察像は，検光子１５に入射された偏光の回転角度の分布，即ち，試料Ｗの磁化の大きさの分布を表す像である。言い換えれば，ＣＣＤカメラ１７によって撮影される観察像は，試料Ｗの面内の磁区構造の観察像となる。なお、反射光２４の偏光は、試料Ｗ上のそれぞれの磁区のもつ磁化の方向によって、入射光２３の偏光に対し時計回り及び反時計回りの両方向に回転し得る為、これらを識別する場合には、検光子１５の角度を、入射光２３の偏光面に垂直な偏光を通過させる角度から磁化による偏光回転角の最大値よりも大きい角度に設定する。
【００２４】
既述のとおり，消光比の改善はより鮮明な観察像を得るために重要である。本実施の形態のカー効果顕微鏡では，下記の３つの手段：
（１）ベレークプリズム１３，及び対物レンズ１４の保持機構の改良
（２）対物レンズ１４の温度の均一化
（３）開口絞り７の径の縮小
によって消光比を向上する。以下では，それぞれについての説明が行われる。
【００２５】
第２  ベレークプリズムと対物レンズの保持機構
既述のように，対物レンズ１４は，本質的に偏光ムラを有している。この偏光ムラによる消光比の低下を抑制するために，本実施の形態のカー効果顕微鏡では，図２に示されているように，ベレークプリズム１３から出射された光が対物レンズ１４に入射する位置が調節可能であるように，ベレークプリズム１３と対物レンズ１４とが保持されている。
【００２６】
より具体的には，本実施の形態では，ベレークプリズム１３がｘ軸方向に移動可能に保持され，対物レンズ１４は，ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動可能に保持されるとともに，その光軸１４ａの周りに回転可能であるように保持されている；ｘ軸方向は，対物レンズ１４の光軸１４ａに垂直な方向として定義されており，ｙ軸方向は，ｘ軸及び光軸１４ａの両方に垂直な方向として定義されていることに留意されたい。このような構成は，対物レンズ１４のうちの消光比が高くなる領域を選択的に使用することを可能にし，消光比の向上に有効である；ユーザは，ベレークプリズム１３のｘ軸方向の位置を調整し，及び対物レンズ１４のｘ軸方向，及びｙ軸方向の位置を調整し，更に，対物レンズ１４を回転させることによって，ベレークプリズム１３から出射された光を対物レンズ１４の消光比が高くなる領域に入射することが可能である。消光比が高くなる領域とは，対物レンズ１４が理想的に作製されている場合には，図６に示されているように，対物レンズ１４の十字型の領域である；図６では，消光比が高くなる領域は，ハッチングによって示されている。対物レンズ１４が理想的に作製されていない場合には，この十字型の領域以外の領域に，ベレークプリズム１３から出射された光が入射され得る。
【００２７】
図２は，ベレークプリズム１３，及び対物レンズ１４を保持する機構を示す側面図である。ベレークプリズム１３，及び対物レンズ１４を保持する機構は，概略的には，カー効果顕微鏡の本体（図示されない）に固定されるベース３１と，ベレークプリズム１３を保持するベレークプリズム保持機構３２と，対物レンズ１４を収容する対物レンズ筒３４を保持する対物レンズ保持機構３３とから構成される。
【００２８】
図３は，ベレークプリズム保持機構３２の構成を示す側面図であり，図４は，同上面図である。図３に示されているように，ベレークプリズム保持機構３２は，マイクロメータヘッド４１と，レバー４２と，スライドブロック４３と，ＬＭガイド４４と，スプリング４５と，ベレークプリズム１３を保持するベレークホルダ４６とを備えている。マイクロメータヘッド４１は，その先端のｚ軸方向の変位が調節可能であり，その先端はレバー４２の第１アーム４２ａに当接されている。レバー４２は，ｘｚ平面内で回転可能に保持されており，その第１アーム４２ａは，ｚ軸方向に揺動可能であり，その第２アーム４２ｂは，ｘ軸方向に揺動可能である；マイクロメータヘッド４１のｚ軸方向の変位の変動は，第２アーム４２ｂのｘ軸方向における変位の変動に変換される。第２アーム４２ｂは，スライドブロック４３に当接されている。スライドブロック４３は，ベース３１に，ＬＭガイド４４によってｘ軸方向に移動可能に保持されている。スライドブロック４３は，更に，スプリング４５によってレバー４２に向かう方向（＋ｘ方向）に付勢されている。図４に示されているように，スプリング４５の数は２本である。スライドブロック４３には，ベレークプリズム１３を保持するベレークホルダ４６が３本のネジによってネジ止めされている。ベレークプリズム１３の入射面（ミラー１２から直線偏光２２が入射される面）の方向は，ネジが通されるネジ穴のガタを利用して微調整可能である。
【００２９】
図３を参照して，このようなベレークプリズム保持機構３２は，簡単な構造によってベレークプリズム１３のｘ軸方向の位置を，マイクロメータヘッド４１を操作することによって簡便に自在に調節可能にする。これは，ベレークプリズム１３から出射された光が対物レンズ１４に入射される位置をｘ軸方向に自在に調節可能にし，消光比が高くなる領域を利用することを容易にする。加えて，ベレークプリズム１３のｘ軸方向の位置が調節自在であることは，ベレークプリズム１３から出射された光が対物レンズ１４に入射される位置を対物レンズ１４をより外側にすることを容易にする。これは，入射光２３が試料Ｗに入射される入射角を大きくしてＳＮ比を向上するために好ましい。
【００３０】
図５は，対物レンズ筒３４を保持する対物レンズ保持機構３３の構成を示す側面図である。対物レンズ保持機構３３は，ベース３１にネジ止めされる固定部５１と，ｙ軸ステージ５２と，ｙ軸ステージ５２によってｘ軸方向に移動可能に保持されているレンズアダプタ５３とを備えている。固定部５１には，ｙ軸方向に延設されたあり溝５１ａが形成されており，ｙ軸ステージ５２は，あり溝５１ａに沿ってｙ軸方向に移動可能であるように，固定部５１に保持されている。加えて，ｙ軸ステージ５２には，ｘ軸方向に延設されたあり溝５２ａが形成されており，レンズアダプタ５３は，あり溝５２ａに沿ってｘ軸方向に移動可能であるようにｙ軸ステージ５２に保持されている。対物レンズ筒３４には雄ねじ（図示されない）が設けられ，レンズアダプタ５３には雌ネジ（図示されない）が設けられ，対物レンズ１４を収容する対物レンズ筒３４は，レンズアダプタ５３に脱着自在に螺合されている。レンズアダプタ５３は，対物レンズ筒３４を，対物レンズ１４の光軸１４ａの回りに回転自在であるように保持している。
【００３１】
このような対物レンズ保持機構３３は，簡単な構造によって対物レンズ１４のｘ軸方向，及びｙ軸方向の位置を調節可能し，対物レンズ１４を光軸１４ａの回りに回転させることを可能にする。かかる構造は，ベレークプリズム１３から出射された光が対物レンズ１４に入射される位置をｘ軸方向及びｙ軸方向，並びに，対物レンズ１４の周方向に自在に調節可能にし，対物レンズ１４の消光比が高くなる領域を利用することを容易にする。
【００３２】
このように，本実施の形態では，ベレークプリズム１３から出射された光が対物レンズ１４に入射する位置が調節可能であるように，ベレークプリズム１３と対物レンズ１４とが保持され，これにより，消光比の増大が図られている。
【００３３】
第３  対物レンズ１４の温度の均一化
対物レンズ１４の偏光ムラは，対物レンズ１４の温度の不均一性によっても発生し得る。この温度の不均一性に起因する対物レンズ１４の偏光ムラを抑制するために，本実施の形態では，図２に示されているように，対物レンズ１４の温度をなるべく均一にするための温度調整装置３５が設けられている。
【００３４】
温度調整装置３５は，いずれも対物レンズ筒３４の側面を包囲するように形成された金属ケース６１と，ヒーター６２と，断熱材６３と，外装６４とを備えている。ヒーター６２には，それに電力を供給するヒーターリード線６５が，断熱材６３及び外装６４を貫通するように接続されている。更に，温度センサー６６が，金属ケース６１に埋め込まれており，その温度センサー６６は，温度センサーリード線６７によって温度調節器（図示されない）に接続されている。温度センサー６６としては，典型的には，熱電対が使用される。該温度調節器は，温度センサー６６からの信号に応答してヒーター６２に供給される電力を制御し，対物レンズ１４を所望の温度に制御する。ヒーター６２が対物レンズ１４の光軸１４ａを取り囲む対物レンズ筒３４を包囲する構造は，対物レンズ１４の温度ムラを抑制するために有効である。
【００３５】
このような温度調整装置３５は，対物レンズ１４の温度の不均一性に起因する偏光ムラを抑制し，もって消光比を増大するために有効である。
【００３６】
第４  開口絞りの径の縮小
消光比を増大するためには，開口絞り７の開口の径を小さくすることも有効である。図６に示されているように，開口絞り７の開口の径を小さくすることは，対物レンズ１４に入射される直線偏光２２のスポット２２ａの径を小さくし，対物レンズ１４のうち，実質的に偏光ムラがないとみなせる領域のみを選択的に使用することを可能にする。例えば，図６に示されているように，開口絞り７の開口の径が大きいために，対物レンズ１４の表面における直線偏光２２のスポット２２ａの径が既述の十字型の領域からはみ出すと，偏光ムラにより消光比が低下する。一方，開口絞り７の開口の径が充分に小さくされ，スポット２２ａの径がスポット２２ａが既述の十字型の領域の内部にある程度に小さくなると，対物レンズ１４のうち消光比が高くなる領域のみを選択的に使用することが可能になる。
【００３７】
より具体的には，入射光学系２にケーラー照明法が採用される場合には，開口絞り７の開口の直径は，０．５ｍｍ以下であることが好適である。ケーラー照明法が採用される照明系において開口絞り７の開口の直径を０．５ｍｍ以下にすることは，一般的な顕微鏡では，視野を暗くするため不所望である。しかしながら，カー効果顕微鏡では，対物レンズ１４の表面上のスポット２２ａの内部における偏光ムラを小さくし，消光比を向上させるために有効である。ただし，開口絞り７の開口の径が過剰に小さいことは，カー効果顕微鏡の解像度を低下させる。発明者らの検討によれば，充分な解像度を得ながら，消光比を向上させるためには，開口絞り７の開口の直径を０．３ｍｍ以上，０．５ｍｍ以下にすることが好適である。
【００３８】
第５  好適な光学系の構成
本実施の形態において，カー効果顕微鏡の光学系の構成は，図１のものに限定されない。例えば，図１のカー効果顕微鏡の光学系は，面内における試料Ｗの磁区構造の観察に使用されるものであるが，光学系の構成が試料Ｗの垂直方向（厚さ方向）の磁区構造の観察が可能であるように変更されることも可能である。
【００３９】
また，一のカー効果顕微鏡によって，面内における磁区構造と垂直方向の磁区構造との両方を観察可能にするためには，図７に示されているように，落射光学系３の代わりに，
切り替えミラー７１と面内観察用落射光学系７２と垂直方向観察用落射光学系７３とが設けられることが可能である。
【００４０】
切り替えミラー７１は，偏光子１０から出射される直線偏光２２を面内観察用落射光学系７２と垂直方向観察用落射光学系７３とのうちの一方に選択的に入射するための機構である。切り替えミラー７１は，偏光子１０から出射される直線偏光２２の光路の上の所定の位置と，当該光路から外れた位置との間で移動可能に設けられている。切り替えミラー７２が直線偏光２２の光路から外れた位置に移動されると，直線偏光２２は面内観察用落射光学系７２に入射される。一方，切り替えミラー７１が直線偏光２２の光路の上の位置に移動されると，直線偏光２２は，切り替えミラー７１によって反射されて垂直方向観察用落射光学系７３に入射される。
【００４１】
面内観察用落射光学系７２は，面内における磁区構造の観察に使用される落射光学系であり，図１の落射光学系３と同様に，ミラー１１，１２，及びベレークプリズム１３で構成されている。図７のカー効果顕微鏡では，ベレークプリズム１３は，（対物レンズ１４を収容する）対物レンズ筒３４の近傍の位置と，対物レンズ筒３４から離れた位置との間で移動可能に設けられる。より具体的には，図２のベレークプリズム保持機構３２が対物レンズ筒３４と別体に移動可能に設けられる。ベレークプリズム保持機構３２が移動されることにより，ベレークプリズム１３も移動される。図７のカー効果顕微鏡でも，ベレークプリズム１３の位置は，ベレークプリズム保持機構３２によって調節可能であることに留意されたい。ベレークプリズム１３の位置が調節可能であることは，上述のように，消光比を向上するために重要である。ベレークプリズム１３が対物レンズ筒３４の近傍の位置に設けられた状態で偏光子１０から面内観察用落射光学系７２に直線偏光２２が入射されると，入射された直線偏光２２は，ミラー１１，１２，及びベレークプリズム１３を介して対物レンズ１４に入射される。
【００４２】
垂直方向観察用落射光学系７３は，垂直方向の磁区構造の観察に使用される落射光学系である。垂直方向観察用落射光学系７３は，１／２波長板７４と，偏光子７５と，ミラー７６と，ハーフミラー７７と，ミラー７８とで構成されている。偏光子１０から入射された直線偏光２２が切り替えミラー７１によって反射されて垂直方向観察用落射光学系７３に入射されると，入射された直線偏光２２は，１／２波長板７４と，偏光子７５と，ミラー７６と，ハーフミラー７７と，ミラー７８とを介して（対物レンズ筒３４の内部に設けられている）対物レンズ１４に入射される。１／２波長板７４は，入射された直線偏光２２の偏光面を理想的には９０°だけ回転させる。偏光子７５は，１／２波長板７４の製作誤差，設置誤差による偏光特性の劣化を防止する役割を有している。偏光子７５は，１／２波長板７４から直線偏光が入射されると，垂直方向観察用落射光学系７３に入射される直線偏光２２の偏光面と９０°の角度をなす偏光面を有する直線偏光を出射する。垂直方向観察用落射光学系７３には１／２波長板７４及び偏光子７５が設けられているから，垂直方向観察用落射光学系７３を介して対物レンズ１４に入射される直線偏光の偏光面は，面内観察用落射光学系７２を介して対物レンズ１４に入射される直線偏光の偏光面と９０°の角度をなす。
【００４３】
図７のカー効果顕微鏡でも，対物レンズ１４は，ｘ軸方向及びｙ軸方向に移動可能に保持されるとともに，その光軸１４ａの周りに回転可能であるように保持されていることに留意されたい。対物レンズ１４がこのように保持されていることは，面内の磁区構造の及び垂直方向の磁区構造の観察上述のように，消光比を向上するために重要である。
【００４４】
上記のようにカー効果顕微鏡が構成されることにより，試料Ｗの面内における磁区構造と垂直方向の磁区構造の両方が観察可能である。面内の磁区構造の観察が行われる場合には，図８に示されているように，切り替えミラー７１は，偏光子１０から出射される直線偏光２２の光路から外れた位置に移動され，更に，ベレークプリズム１３が対物レンズ筒３４の近傍の位置に移動される。これにより，直線偏光２２は，ミラー１１，１２，及びベレークプリズム１３を介して対物レンズ１４に入射され，入射光２３が対物レンズ１４から試料Ｗに入射される。試料Ｗから反射された反射光２４は，ハーフミラー７７を介して検出光学系４に入射される。試料Ｗから反射された反射光２４は，縦カー効果によってその偏光面が回転されており，検出光学系４は，それに入射された反射光２４から面内の磁区構造の像を得る。
【００４５】
一方，垂直方向の磁区構造の観察が行われる場合には，図９に示されているように，切り替えミラー７１が，偏光子１０から出射される直線偏光２２の光路上の位置に移動され，更に，ベレークプリズム１３が対物レンズ筒３４から離れた位置に移動される。これにより，直線偏光２２は，１／２波長板７４，偏光子７５，ミラー７６，ミラー７８，及びハーフミラー７７を介して対物レンズ１４に入射され，入射光２３が対物レンズ１４から試料Ｗに入射される。試料Ｗから反射された反射光２４は，ハーフミラー７７を介して検出光学系４に入射される。試料Ｗから反射された反射光２４は，極カー効果によってその偏光面が回転されており，検出光学系４は，それに入射された反射光２４から垂直方向の磁区構造の像を得る。
【００４６】
このように，図７のカー効果顕微鏡は，面内観察用落射光学系７２と垂直方向観察用落射光学系７３とを選択的に使用することによって面内における磁区構造と垂直方向の磁区構造との両方を観察可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は，本発明の実施の一形態における，カー効果顕微鏡の光学系の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は，ベレークプリズムと対物レンズとを保持するための機構の側面図である。
【図３】図３は，ベレークプリズム保持機構の構成を示す側面図である。
【図４】図４は，ベレークプリズム保持機構の構成を示す上面図である。
【図５】図５は，対物レンズ保持機構の構成を示す側面図である。
【図６】図６は，対物レンズのうちの消光比を高くする領域を示す上面図である。
【図７】図７は，本発明の実施の他の形態における，カー効果顕微鏡の光学系の構成を示すブロック図である。
【図８】図８は，図７のカー効果顕微鏡によって面内の磁区構造の観察が行われる場合における，カー効果顕微鏡の動作を示すブロック図である。
【図９】図９は，図７のカー効果顕微鏡によって面内の磁区構造の観察が行われる場合における，カー効果顕微鏡の動作を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：光源
２：入射光学系
３：落射光学系
４：検出光学系
６：コンデンサレンズ
７：開口絞り
８：視野絞り
９：リレーレンズ
１０：偏光子
１１：ミラー
１２：ミラー
１３：ベレークプリズム
１４：対物レンズ
１５：検光子
１６：結像レンズ
１７：ＣＣＤカメラ
２１：光
２２：直線偏光
２３：入射光
２４：反射光
３１：ベース
３２：ベレークプリズム保持機構
３３：対物レンズ保持機構
３４：対物レンズ筒
３５：温度調整装置
４１：ポテンショメータ
４２：レバー
４３：スライドブロック
４４：ＬＭガイド
４５：スプリング
４６：ベレークホルダ
５１：固定部
５２：ｙ軸ステージ
５３：レンズアダプタ
６１：金属ケース
６２：ヒーター
６３：断熱材
６４：外装
６５：ヒーターリード線
６６：温度センサー
６７：温度センサーリード線
７１：切り替えミラー
７２：面内観察用落射光学系
７３：垂直方向観察用落射光学系
７４：１／２波長板
７５：偏光子
７６：ミラー
７７：ハーフミラー
７８：ミラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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