(57)【要約】【課題】円偏光を利用して成分や組成の異なる複数の試料の光学特性を二次元的に一括して評価することを可能とし、希望する試料を速やかに見出し、選択することが出来る観察・測定方法を提供する。【解決手段】光源１、偏光子３、試料保持装置６、検光子９を順次配置した直交偏光子法による光学特性の観察・測定装置において、前記偏光子３と試料保持装置６間に±４５°回動させる１／４波長板４を設け、光検出部にＣＣＤカメラ１０を配置する。成分や組成の異なる複数の試料を設けた基板１８を前記試料保持装置６の所定の位置に挿入し、前記１／４波長板４の回動と、試料保持装置６内のコイルの電流を変化させて、前記１／４波長板４の回転角と前記コイルの電流値に応じた画像を前記ＣＣＤカメラ１０及びその画像処理装置１３を介して電子計算装置１５に入力し、各観察・測定条件に応じた画像を一括して画像出力手段１６，１７によって出力表示させる。【選択図】  図５
2004294293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源、偏光子、試料保持装置、検光子を順次配置した直交偏光子法による光学特性の観察・測定装置において、前記偏光子と試料保持装置間に±４５°回動させる１／４波長板を設けると共に、光検出部に撮像カメラを配置し、成分や組成の異なる複数の試料を設けた基板を前記試料保持装置の所定の位置に挿入し、前記１／４波長板の回動と、試料の偏光の状態を変化させて、前記１／４波長板の回転角と試料の偏光の状態に応じた画像を前記撮像カメラ及びその画像処理装置を介して電子計算装置に入力し、各観察・測定条件に応じた画像を一括して画像出力手段によって出力表示させることを特徴とする複数の異なる試料の光学特性を一括して観察・測定する方法。
【請求項２】
光源、偏光子、試料保持装置、検光子を順次配置した直交偏光子法による光学特性の観察・測定装置において、前記光源と偏光子間に可変フィルタまたは分光器を設け、且つ前記偏光子と試料保持装置間に±４５°回動させる１／４波長板を設けると共に、光検出部に撮像カメラを配置し、成分や組成の異なる複数の試料を設けた基板を前記試料保持装置の所定の位置に挿入し、前記１／４波長板の回動と、試料の偏光の状態を変化させて、前記可変フィルタまたは分光器により設定された波長及び前記１／４波長板の回転角と試料の偏光の状態に応じた画像を前記撮像カメラ及びその画像処理装置を介して電子計算装置に入力し、各観察・測定条件に応じた画像を一括して画像出力手段によって出力表示させることを特徴とする複数の異なる試料の光学特性を一括して観察・測定する方法。
【請求項３】
光源、偏光子、試料保持装置、検光子を順次配置した直交偏光子法による光学特性の観察・測定装置において、前記偏光子と試料保持装置間に±４５°回動させる１／４波長板を設けると共に、試料保持装置に磁気特性検出器を設け、且つ光検出部に撮像カメラを配置し、成分や組成の異なる複数の試料を設けた基板を前記試料保持装置の所定の位置に挿入し、前記１／４波長板の回動と、試料の偏光の状態を変化させて、前記１／４波長板の回転角と試料の偏光の状態に応じた画像を前記撮像カメラ及びその画像処理装置を介して電子計算装置に入力し、各観察・測定条件に応じた画像を一括して画像出力手段によって出力表示させることを特徴とする複数の異なる試料の光学特性及び磁気特性を一括して観察・測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円偏光を利用して成分や組成の異なる複数の試料の光学特性を二次元的に一括して評価することを可能とし、希望する試料を容易に見出し選択することが出来る観測・測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
様々な試料に対して、非常に微小な領域での光学活性（旋光性と円二色性）の分布状態を観察することや、光学活性の定量的評価が重要になってきている。光学活性には、自然活性、電気光学効果、磁気光学効果、ピエゾ光学効果があるが、近年ハードディスクや光磁気ディスクなどの技術分野の進展から、材料の磁気光学効果についての新しい観察方法や測定方法の要求が急速に高まっている。
【０００３】
光学活性として磁気光学効果の分布状態を高分解能で観察することは、磁区や磁壁を観察することであるが、その方法としては偏向顕微法、ローレンス透過型電子顕微法、スピン偏極走査電子顕微法、磁気顕微法などが知られている。また近年走査型近視顕微鏡を用いて垂直磁化膜の磁壁を観測した例も報告されている。
【０００４】
一方、旋光性や円二色性の定量的測定方法としては、非特許文献１に詳しく述べられているが、磁気光学効果の場合を例にとると（他の光学活性でも同様である）、直交偏光子法（クロスーニコル法）、試料保持装置法、回転検光子法などを用いることにより、磁気旋光角の測定が可能である。又、円偏光変調法を用いれば、高感度に磁気旋光角と磁気二色性を同時に測定することができる。
【０００５】
図１は、公知の直交偏光子法（クロスーニコル法）によるファラデー効果を測定する場合の原理図を示すものであり、カー効果を測定する場合は、反射光に対しての測定になるだけで、基本的にはファラデー効果の測定の場合と同様である。
【０００６】
ここでは、スペクトルの測定は念頭におかないので、光源Ｌとしては、Ｈｅ−Ｎｅレーザのようなものを用い、また簡単にするため、試料Ｓは磁気円二色性を持たないものとし、磁気旋光性のみを考える。
【０００７】
試料Ｓは磁極に穴をあけた電磁石の磁極の間に置き、光の進行方向と平行に磁界が印加されるようにコイルＣを配置する（ファラデー配置）。なお、図２に示すように光の進行方向と磁界が直交するようにコイルＣを配置するフオークト配置とすることもある。
【０００８】
二つの直線偏光素子を用いた偏光子ＰとＡ（試料の後に置かれる偏光子Ａは検光子と呼ばれることが多い）を試料Ｓを挟んで配置し、磁界のないときに光検光器Ｄの出力が最小になるように検光子Ａの角度を調整し、その時の目盛θ０を読取っておき、次に磁界Ｈを印加して光検光器Ｄの出力を最小とする検光子Ａの目盛θＨを読取り、θ０とθＨの差を求めれば偏光角が得られる。
【０００９】
読取りの精度は、検光子Ａの微調機構の精度で決まり、あまりに小さい旋光角を測定することはできない。この欠点をカバーするため、通常半影板を用いるが、対数増幅器を用いることが行われる。旋光角が１８０°を越える場合は、検光子Ａの目盛をＨ＝０の状態に固定し、磁界Ｈを次第に強くしていくと、光検出器Ｄの出力は１８０°の周期で振動するので、これから旋光角を決めることができる。
【００１０】
以上述べた零位法による測定法は、測定に手間がかかる上、精度もあまり高くはないので、試料保持装置法と回転検光子法が考案されている。
【００１１】
試料保持装置法は、検光子Ａを回転させて行う信号の最小値を探す代りに、検光子Ａは偏光子Ｐと直交するように固定しておき、試料Ｓのファラデー効果によって起きた回転を試料保持装置に設けたコイルＣに光検出器Ｄの出力が０になるように電流を流して偏光の向きを回転して試料Ｓによる回転を打ち消し、コイルＣの電流と回転角の関係をあらかじめ校正しておくことにより、その電流を読むことにより回転角を検出するという方法である。
【００１２】
感度を上げるためには、消光比の高い偏光素子を用いると共に、試料保持装置のコイルＣに加える直流電流に、変調用の交流を重量させて、光検出器Ｄの出力を、ロックインアンプ等の高感度増幅器で増幅することにより０．００１°以下の旋光角も測定することができる。
【００１３】
この方法の欠点は、▲１▼試料を磁化するための磁界が試料の偏光に影響を与えること、▲２▼大きな旋光性を持つ試料の場合、これを補償するためにセルに流す電流が大きくなり、これによる温度上昇のために、ヴェルデ定数が変化して誤差の原因になること、▲３▼試料のヴェルデ定数が波長λに対して１／λ２のような波長分散を持つもので、長波長側での感度が低くなることである。
【００１４】
また、回転検光子法は、磁気光学効果の感度を上げるため、偏光子Ｐまたは検光子Ａのいずれかをモータで回転させて変調させる方法で、直交偏光子法よりも高い精度が得られるが、光軸と検光子の回転軸が合致していないと系統的な誤差を生じる。
【００１５】
以上、試料の光学特性を測定する方法として種々の方法が考案されていることを述べたが、いずれの方法も試料を一つ一つ観察したり測定しなければならないので、使用目的に適した成分や組成の材料（試料）を見つけ出そうとする場合のように、成分や組成を変えた無数の試料の光学特性を測定する場合には多大な測定時間を要し、研究開発のネックになっていた。
【００１６】
【非特許文献１】
佐藤勝昭著，「光と磁気」，初版，株式会社朝倉書店，１９８８年６月２０日，ｐ９０
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、円偏光を利用して成分や組成の異なる複数の試料の光学特性を二次元的に一括して評価することを可能とし、希望する試料を速やかに見出し、選択することが出来る観察・測定方法を提供することを課題とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、第１の発明は、光源、偏光子、試料保持装置、検光子を順次配置した直交偏光子法による光学特性の観察・測定装置において、前記偏光子と試料保持装置間に±４５°回動させる１／４波長板を設けると共に、光検出部にＣＣＤカメラを配置し、成分や組成の異なる複数の試料を設けた基板を前記試料保持装置の所定の位置に挿入し、前記１／４波長板の回動と、試料の偏光の状態を変化させて、前記１／４波長板の回転角と試料の偏光の状態値に応じた画像を前記ＣＣＤカメラ及びその画像処理装置を介して電子計算装置に入力し、各観察・測定条件に応じた画像を一括して画像出力手段によって出力表示させることを特徴とする複数の異なる試料の光学特性を一括して観察・測定する方法である。
【００１９】
第２の発明は、光源、偏光子、試料保持装置、検光子を順次配置した直交偏光子法による光学特性の観察・測定装置において、前記光源と偏光子間に可変フィルタまたは分光器を設け、且つ前記偏光子と試料保持装置間に±４５°回動させる１／４波長板を設けると共に、光検出部にＣＣＤカメラを配置し、成分や組成の異なる複数の試料を設けた基板を前記試料保持装置の所定の位置に挿入し、前記１／４波長板の回動と、試料の偏光の状態を変化させて、前記可変フィルタまたは分光器により設定された波長及び前記１／４波長板の回転角と試料の偏光の状態に応じた画像を前記ＣＣＤカメラ及びその画像処理装置を介して電子計算装置に入力し、各観察・測定条件に応じた画像を一括して画像出力手段によって出力表示させることを特徴とする複数の異なる試料の光学特性を一括して観察・測定する方法である。
【００２０】
第３の発明は、光源、偏光子、試料保持装置、検光子を順次配置した直交偏光子法による光学特性の観察・測定装置において、前記偏光子と試料保持装置間に±４５°回動させる１／４波長板を設けると共に、試料保持装置に磁気特性検出器を設け、且つ光検出部にＣＣＤカメラを配置し、成分や組成の異なる複数の試料を設けた基板を前記試料保持装置の所定の位置に挿入し、前記１／４波長板の回動と、試料の偏光の状態を変化させて、前記１／４波長板の回転角と試料の偏光の状態に応じた画像を前記ＣＣＤカメラ及びその画像処理装置を介して電子計算装置に入力し、各観察・測定条件に応じた画像を一括して画像出力手段によって出力表示させることを特徴とする複数の異なる試料の光学特性及び磁気特性を一括して観察・測定する方法である。
【００２１】
偏光子及び検光子としてはグラントムソンプリズムや直線偏光板等の直線偏光素子が用いられる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の実施に用いた装置の光学系部材配置を示す平面図、図４はその正面図を示すもので、１はハロゲンランプを用い出射レンズ１ａを備えた光源、２は手動回転の可変フィルタ、３はグラントムソンプリズムを用いた偏光子（ポーラライザ）、４はパルスモータ４ａで３６０°駆動される１／４波長板（アクロマティック波長板）で、観察・測定の場合は±４５°回動させる。
【００２３】
５は集光レンズ、６はコイルをファラデー配置し、且つ磁気特性検出器６ａを内蔵した試料保持装置、７は試料を試料保持装置の所定位置に挿入するサンプルホルダー、８はリレーレンズ、９はグラントムソンプリズムを用いた検光子（アナライザ）、１０は入射レンズ１０ａを備えた冷却付高感度・高解像度のＣＣＤカメラである。
【００２４】
図５は図３及び図４に示した光学系部材とその制御装置との接続を示すブロック図で、１１は１／４波長板４を±４５°の範囲で段階的に回動させるコントローラ、１２は試料保持装置６に備えたコイルに流す電流を制御するコントローラ、１３は画像階調輝度調整機能及び画像間引き算機能を持った画像処理装置、１４はインターフェース、１５は電子計算装置、１６は画像表示装置、１７はプリンタである。なお、撮像カメラとしては、ＣＣＤカメラのみに限定されるものではなくＣＭＯＳ素子やＦＯＶＥＯＮ素子を用いた他の撮像カメラでもよい。
【００２５】
本発明においては、図５に拡大表示したように、先ず１ｍｍ×１ｍｍ角のガラス基板１８に複数の成分割合の異なる薄膜試料を塗布し、乾燥したものをサンプルホルダー７にセットして試料保持装置６内の所定位置に挿入し、光源１を点灯する。
【００２６】
次に可変フィルタ２の１つを光路中にセットした後、電子計算装置１５によりコントローラ１１を介して±４５℃の範囲を段階的に回動させ、それぞれの角度における偏向画像の状態をＣＣＤカメラ１０及び画像処理装置１３を介して電子計算装置１５内のメモリに記憶させる。また必要に応じて、可変フィルタ２の他のフィルタを光路中にセットし、その場合の偏光画像の変化を同様にして電子計算装置１５内のメモリに記憶させる。試料が磁性材料の場合は、同時に各偏向状態における磁気特性も併せて電子計算装置１５のメモリに記憶させる。
【００２７】
このようにして、記憶された画像情報を、画像表示装置１６に表示させると、ガラス基板１８上に設けた試料の偏向画像が、恰もＭＲＩ診断装置の断層写真のように一括して表示される。
【００２８】
光学特性によって決まる表示画像は、成分・組成によってコントラストが変化するので、予め希望する成分の画像を表にしたり、認識していれば、その表示画像を見て直ちに希望する成分・組成の試料（材料）を見つけることができる。そして、その試料を指定すれば電子計算装置１５により、旋光性、円二色性等の光学特性や磁気光学特性の詳細を画像装置１６又はプリンタ１７によって知ることができる。
【００２９】
次に図６に示す本発明の原理図を用いて、ジョーンマトリックスによる解析法による旋光性θＦと円二色性ηＦ（または楕円率）の求め方について説明する。
【００３０】
ここで偏光子３の垂直方向の偏光の状態は、
【００３１】
【数１】
2004294293.tif 000003
【００３２】
とおける。また、垂直方向からπ／４だけ方位角を与えた１／４波長板４の状態Ｑは、
【００３３】
【数２】
2004294293.tif 000004
【００３４】
とおける。また、試料の旋光性θＦと円二色性ηＦ又は楕円率Ｓは
【００３５】
【数３】
2004294293.tif 000005
【００３６】
とおける。また検光子の方位角αにおける透過の状態Ａは、
【００３７】
【数４】
2004294293.tif 000006
【００３８】
とおける。従って便宜上α＝π／４に設定すると、Ａは
【００３９】
【数５】
2004294293.tif 000007
【００４０】
【外１】
2004294293.tif 000008
【００４１】
【数６】
2004294293.tif 000009
【００４２】
【外２】
2004294293.tif 000010
【００４３】
【数７】
2004294293.tif 000011
【００４４】
【外３】
2004294293.tif 000012
【００４５】
【数８】
2004294293.tif 000013
【００４６】
そして、Ｉ（０）と（Ｉ（＋π／４）＋Ｉ（−π／４））／２との差分として、以下の様にファラデー回転角（旋光性）に比例した信号を得る。
【００４７】
【数９】
2004294293.tif 000014
【００４８】
もしも、Ｉ（＋π／４）とＩ（−π／４）の差分をとれば、円二色性又は楕円率として以下の信号を得る。
【００４９】
【数１０】
2004294293.tif 000015
【００５０】
以上、ここでは透過型の実施例を示したが、反射型でも同様のことができることは云うまでもない。また可変フィルタ２に代えて分光器を使ってもよいことは勿論である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、成分や組成の異なる複数の試料の光学特性を二次元的に一括して評価することを可能とし、希望する試料（材料）を速やかに見出し、選択する場合に極めて有効な観測・測定方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知の直交偏光子法によるファラデー効果を測定する場合の原理図。
【図２】フォークト配置の説明図。
【図３】本発明の実施に用いた装置の光学系部材の配置を示す平面図。
【図４】本発明の実施に用いた装置の光学系部材の配置を示す正面図。
【図５】図３及び図４に示す光学系部材とその制御装置との接続を示すブロック図。
【図６】本発明の実施に用いた装置の光学系の原理図。
【符号の説明】
１    光源
２    可変フィルタ
３    偏光子
４    １／４波長板
５    集光レンズ
６    試料保持装置
７    サンプルホルダー
８    リレーレンズ
９    検光子
１０    ＣＣＤカメラ
１１，１２    コントローラ
１３    画像処理装置
１４    インターフェース
１５    電子計算装置
１６    画像表示装置
１７    プリンタ
１８    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004294293.tif 000018
【図４】
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【図５】
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【図６】
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