(57)【要約】【課題】高分解能で、かつプローブの位置制御を簡略化した磁界分布計測装置を提供すること。【解決手段】被計測対象物の極近傍の磁界分布を電圧又は電流の出力信号として検出する薄膜磁気センサから成るプローブと、プローブを薄膜磁気センサの膜厚方向に一次元並進スキャンさせるアクチュエータと、被計測対象物を水平面内で回転させる回転機構と、被計測対象物の回転角を検出する角度センサと、プローブからの出力信号、前記アクチュエータから出力されるプローブの位置信号及び角度センサから出力される回転角信号に基づいて、磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えることによって達成する。【選択図】図１
2007271465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測対象物から空間に漏れ出す磁界の分布を計測する磁界分布計測装置であって、該装置は、
前記被計測対象物の極近傍の磁界分布を電圧又は電流の出力信号として検出する薄膜磁気センサから成るプローブと、
前記プローブを前記薄膜磁気センサの膜厚方向に一次元並進スキャンさせるアクチュエータと、
前記被計測対象物を水平面内で回転させる回転機構と、
前記被計測対象物の回転角を検出する角度センサと、
前記プローブからの出力信号、前記アクチュエータから出力される前記プローブの位置信号及び前記角度センサから出力される回転角信号に基づいて、前記磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えたことを特徴とする磁界分布計測装置。
【請求項２】
被計測対象物から空間に漏れ出す磁界の分布を計測する磁界分布計測装置であって、該装置は、
前記被計測対象物の極近傍の磁界分布を電圧又は電流の出力信号として検出する薄膜磁気センサを２つ以上重ねられて多層に構成されたプローブと、
前記被計測対象物を水平面内で回転させる回転機構と、
前記被計測対象物の回転角を検出する角度センサと、
前記各プローブからの出力信号、前記各プローブの位置信号、及び前記角度センサから出力される回転角信号に基づいて、前記磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えたことを特徴とする磁界分布計測装置。
【請求項３】
被計測対象物から空間に漏れ出す磁界の分布を計測する磁界分布計測装置であって、該装置は、
前記被計測対象物を水平面内で所定の方向に一次元並進させるアクチュエータと、
前記被計測対象物の極近傍の磁界分布を電圧又は電流の出力信号として検出する薄膜磁気センサを、前記水平面内の前記所定の方向に、所定の間隔でかつ互いに異なる角度で複数配列したプローブ群と、
前記プローブ群の各プローブからの出力信号、各プローブの位置情報、各プローブの傾斜角度及び前記アクチュエータから出力される前記被計測対象物の位置信号に基づいて、前記磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えたことを特徴とする磁界分布計測装置。
【請求項４】
前記アクチュエータがピエゾ素子で構成されていることを特徴とする請求項１又は３に記載の磁界分布計測装置。
【請求項５】
前記磁界分布を再構成するアルゴリズムが、ＣＴアルゴリズムである請求項１乃至４のいずれかに記載の磁界分布計測装置。
【請求項６】
薄膜磁気センサがＧＭＲヘッドである請求項１乃至５のいずれかに記載の磁界分布計測装置。
【請求項７】
前記再構成された磁界分布を表示する表示部を備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の磁界分布計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ヘッドや磁気ディスクのような磁性部品から空間に漏れ出す磁界を高解像度で計測することが可能な磁界分布計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスク（HDD）や不揮発性磁気メモリ（MRAM）などの各種磁気記録デバイスの急激な高密度化が進んでいる。HDDなどの研究開発現場において各種デバイスの記録媒体の微小な磁化分布や、微小な磁気ヘッドの周りの磁界分布を評価したいという要求は多い（非特許文献１、２参照）。
研究が行われている磁界計測技術には、透過型電子顕微鏡を応用し電子線が磁界の中を通過するときに起こるローレンツ偏向から磁界分布を再構成する手法や（非特許文献１、３参照）、磁化したナノプローブを用いる磁気力顕微鏡（非特許文献４、５参照）、走査型ホール素子顕微鏡などがある（非特許文献６参照）。
電子線を利用した手法では、試料への偏向した電子の衝突を避けるために、試料の極近傍（〜50nm）での計測は困難であるという問題や、分解能が100nm〜200nm程度であるという問題がある。
【０００３】
一方、磁気力顕微鏡や走査型ホール素子顕微鏡は、電子線を用いる場合に比べ、扱いが簡便で様々な開発現場で利用できるが、磁気力顕微鏡は微細な先端を有する針状のプローブの製作が困難であるという問題、ホール素子顕微鏡は分解能が１μmであるという問題、また両者ともプローブの精密な制御が必要となるという問題が存在する。
【０００４】
現在、薄膜技術を用いた磁気センサはHDDのヘッドをはじめ広く利用されている（非特許文献７、８参照）。薄膜磁気センサには誘導起電力を利用したもの、磁気抵抗（Magnetoresistive）効果（MR効果）を利用したものなどがある。MR効果とは外部からの磁界によって素子の抵抗が変化する現象である。MR効果を利用したHDDの読み取りヘッドには異方性磁気抵抗（Anisotropic  Magnetoresistive）ヘッド、巨大磁気抵抗（Giant  Magnetoresistive）ヘッドなどがある。現在のHDDの読み取りヘッドの主流であるGMRヘッドは膜厚が10nm以下となっており、数十nmの間隔で並んだディスク上の磁化分布を読み出している。
【非特許文献１】エイチ・スズキ（H.Suzuki）、ティ・シマクラ(T.Shimakura)、ケイ・イトウ(K.Itoh)、ケイ・ナカムラ(K.Nakamura)共著、「マグネチック・ヘッド・フィールド・オーバー・ジ・エア−ベアリング・サーフィス・アズ・ビジュアライズド・バイ・ザ・プロジェクション・オブ・ア・パターンド・エレクトロン・ビーム(Magnetic head field over the air-bearing surface as visualized bythe projection of a patterned electron beam)」、アイトリプルイー・トランザクションズ・オン・マグネティクス(IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS)、2000年パート１、第36巻、５号、ｐ3614-3617
【非特許文献２】シーエイチ・バック(CH.Back)、ジェイ・ハイドマン(J.Heidmann)、ジェイ・マッコード(J.McCord)共著、「タイム・レゾルブド・カー・マイクロスコピー：マグネティゼイション・ダイナミクス・イン・シン・フィルム・ライト・ヘッズ(Time resolved Kerr microscopy:Magnetization dynamics in thin filmwrite heads)」、アイトリプルイー・トランザクションズ・オン・マグネティクス(IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS)、1999年パート１、第35巻、２号、ｐ637-642
【非特許文献３】ケイ・ナカムラ(K.Nakamura)、ティ・シマクラ(T.Shimakura)、エイチ・スズキ（H.Suzuki）共著、「マグネチック・フィールド・メジャメント・フォー・アナリシス・オブ・ギガヘルツ・レスポンス・イン・エスピーティ・ヘッド・ユージング・エレクトロン・ビーム・トモグラフィ(Magnetic field measurement for analysis of GHz response in SPT headusing electron beam tomography)」、ジェイ・マグネティズム・アンド・マグネティック・マテリアルズ(J.MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS)、2005年、第287巻、p333-338
【非特許文献４】エイチ・クラモチ(H.Kuramochi)、ティ・ウズマキ(T.Uzumaki)、エム・ヤスタケ(M.Yasutake)、エイ・タナカ(A.Tanaka)、エイチ・アキナガ(H.Akinaga)、エイチ・ヨコヤマ(H.Yokoyama)共著、「ア・マグネチック・フォース・マイクロスコープ・ユージング・コバルト−鉄コーテッド・カーボン・ナノチューブ・プローブズ(A magnetic force microscope using CoFe-coated carbon nanotubeprobes)」、ナノテクノロジー(NANOTECHNOLOGY)、2005年、１６巻、1号、p24-27
【非特許文献５】クラモチ・エイチ(KuramochiH.)、アキナガ・エイチ(Akinaga H.)、センバ・ワイ(Semba Y.)、キジマ・エヌ(Kijima N.)、ウズマキ・ティ(Uzumaki T.)、ヤスタケ・エム(Yasutake M.)、タナカ・エイ(Tanaka A.)、ヨコヤマ・エイチ(Yokoyama H.)共著、「コバルト−鉄コーテッド・カーボン・ナノチューブ・プローブズ・フォー・マグネチック・フォース・マイクロスコープ(CoFe-coated carbon nanotube probes for magnetic force microscope)」、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス(Japanese Journal of Applied Physics)、2005年、第44巻、４Ａ号、p2079-2082
【非特許文献６】福村知昭、長谷川哲也：走査型プローブ顕微鏡の磁性半導体及び超巨大磁気抵抗材料への適用、表面科学、2002年、第２３巻、４号、p233-238
【非特許文献７】ビー・ヴェイシック(B.Vasic)、イー・エム・カータス(E.M.Kurtas)共著、「コーディング・アンド・シグナル・プロセシング・フォー・マグネチック・レコーディング・システムズ(Coding and signal processing for magnetic recording systems)」、シーアールシー・プレス・エルエルシー(CRC Press LLC)、2005年、Sec.1/Sec.2
【非特許文献８】アール・エル・コムストック(R.L.Comstock)、「イントロダクション・トゥー・マグネティズム・アンド・マグネチック・レコーディング(Introductionto Magnetism and Magnetic Recording)」、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ・インク(John Wiley & Sons.Inc.)、1999年、p353-417
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、電子線を利用する方法や磁化したナノプローブを利用する方法に代わるものとして、薄膜磁気センサを利用することにより、高分解能（10nm以下）で、かつプローブの位置制御を簡略化した磁界分布計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、被計測対象物から空間に漏れ出す磁界の分布を計測する磁界分布計測装置に関し、本発明の上記目的は、前記被計測対象物の極近傍の磁界分布を電圧又は電流の出力信号として検出する薄膜磁気センサから成るプローブと、前記プローブを前記薄膜磁気センサの膜厚方向に一次元並進スキャンさせるアクチュエータと、前記被計測対象物を水平面内で回転させる回転機構と、前記被計測対象物の回転角を検出する角度センサと、前記プローブからの出力信号、前記アクチュエータから出力される前記プローブの位置信号及び前記角度センサから出力される回転角信号に基づいて、前記磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えたことを特徴とする磁界分布計測装置によって達成される。
【０００７】
また、本発明の上記目的は、前記被計測対象物の極近傍の磁界分布を電圧又は電流の出力信号として検出する薄膜磁気センサを２つ以上重ねられて多層に構成されたプローブと、前記被計測対象物を水平面内で回転させる回転機構と、前記被計測対象物の回転角を検出する角度センサと、前記各プローブからの出力信号、前記各プローブの位置信号、及び前記角度センサから出力される回転角信号に基づいて、前記磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えたことを特徴とする磁界分布計測装置によって達成される。
【０００８】
さらに、本発明の上記目的は、前記被計測対象物を水平面内で所定の方向に一次元並進させるアクチュエータと、前記被計測対象物の極近傍の磁界分布を電圧又は電流の出力信号として検出する薄膜磁気センサを、前記水平面内の前記所定の方向に、所定の間隔でかつ互いに異なる角度で複数配列したプローブ群と、前記プローブ群の各プローブからの出力信号、各プローブの位置情報、各プローブの傾斜角度及び前記アクチュエータから出力される前記被計測対象物の位置信号に基づいて、前記磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えたことを特徴とする磁界分布計測装置によって達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る薄膜磁気センサを用いた磁界分布計測装置によれば、回転する試料上で薄膜磁気センサを1次元方向に並進スキャンし、様々な回転角度と並進位置での計測データを得、次に、得られた計測データから一般的に利用されているＣＴアルゴリズムを用いて磁界分布の再構成を行うので、薄膜磁気センサの膜厚（10nm以下）と同等の分解能を得ることができる。
また、薄膜磁気センサとして用いられるGMRヘッドは、ヘッドの長手方向を試料に対して十分大きく取ることで、長手方向の精密な位置制御を必要とせず、従来の磁気力顕微鏡で使用される針状のプローブのような水平面内での２次元の精密位置制御が不要となり、プローブの位置制御が簡単になるという効果がある。
一方、角度は無次元数であるためその制御は比較的容易である。従って、薄膜磁気センサを用いた場合、ナノスケールの精密な制御が必要な次元数を１次元減らすことができる。これは実際の計測システムを構築する上で大きな利点となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る磁界分布計測装置は、HDDなどに用いられている薄膜磁気センサをプローブに利用したものであり、試料を水平面内で回転させ、薄膜磁気センサを回転する試料の極近傍でその厚さ方向に1次元並進スキャンを行い計測データを得るものである。様々な試料の回転角度、並進位置でのスキャンによる計測データから磁界分布を再構成する。
図１は本発明に係る磁界分布計測装置の構成を示すブロック図である。
被計測対象物の極近傍の磁界分布を電圧信号（ΔＶ）として検出する薄膜磁気センサから成るプローブと、支持部材を介してプローブを前記薄膜磁気センサの膜厚方向に一次元並進スキャンさせるアクチュエータと、被計測対象物を水平面内で回転させるターンテーブル及びモータからなる回転機構と、被計測対象物の回転角を検出する角度センサと、前記プローブからの電圧信号（ΔＶ）、前記アクチュエータから出力される前記プローブの位置信号（Ｘ）及び前記角度センサから出力される回転角信号（θ）に基づいて、磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えている。
なお、本実施の形態では、薄膜磁気センサに定電流を供給し、磁界による抵抗変化を電圧変化信号（ΔＶ）として取り出して、磁界分布の再構成の計算に利用しているが、定電圧を印加して、磁界による抵抗変化を電流変化信号（ΔＩ）として取り出して磁界分布の再構成の計算に利用するようにしてもよい。
薄膜磁気センサとしてはＧＭＲヘッドが好ましい。また、アクチュエータとしては電圧印加によって変形するピエゾ素子が利用可能である。
また、磁界分布再構成手段としては、所定の再構成アルゴリズムによるプログラムがインストールされたパソコンが利用可能である。また、パソコンのディスプレイを再構成された磁界分布の表示手段として利用することができる。再構成アルゴリズムとしては一般的に広く知られているＸ線ＣＴアルゴリズム（Computed  Tomography）を利用することができる。従来、センサの代表長さで制限されていた分解能を、本発明による方法では薄膜センサの膜厚と同等にすることができる。提案する方法ではHDDの分野で著しく進歩した計測技術をそのまま利用できるため、安価、簡便に高分解能の計測が期待できる。
ここでは、現在HDDで用いられている薄膜磁気センサを利用し、薄膜センサの膜厚と同等の分解能で磁界分布を得る手法の詳細を述べる。まず、薄膜磁気ヘッドを試料上でスキャンした模擬計測データを得る順解析を示し、次に模擬計測データから磁界分布を再構成する手法を示す。最後に本手法の数値シミュレーションを行った結果を示す。
【００１１】
〔１．薄膜磁気センサを用いた観測の原理〕
薄膜磁気センサとしては様々なものが利用できるが、本発明では現在HDDの読み取りヘッドの主流となっているGMRヘッドを例として以下原理を述べる。
（1.1  GMRヘッドの説明）
巨大磁気抵抗効果（GMR）を利用したHDDの読み取りヘッドについて簡単に説明する。HDDヘッドを拡大した概略図を図２に示す。図２では垂直磁気記録方式の書き込み用ヘッドと読み取り用のGMRヘッドがディスクの極近傍を浮遊して磁気データを読み書きする様子を示している。
図２のGMRヘッドを拡大した概略図を図３に示す。GMRヘッドは非磁性金属層（Spacer）を２枚の強磁性体で挟み込んだ多層膜の構造である。GMR効果は２枚の強磁性体の磁化方向が平行と反平行の場合で多層膜の抵抗率が変化する現象である。HDDの読み取りヘッドとして用いる場合には、２枚の強磁性体のうち1枚（Pinned  layer）の磁化方向は固定され、もう一枚（Free  layer）がディスクからの磁界により磁化方向が変化するようになっている。多層膜に一定の電流を流し、磁界による抵抗変化を電圧変化として観測する。GMRヘッドの大きさは現在、厚さが数ナノメートル（nm）、幅が数百nmであり、今後HDDの更なる高密度化のため、さらに微細化が進む傾向にある。
HDDでは図２に示すように書き込みヘッド、読み取りヘッド共に細長い形状をしているため、ディスク上の磁化は短冊状の分布となる。短冊の厚さ方向には高い記録密度が得られるが、長手方向の記録密度は低下する。一方、GMRヘッドをプローブとして利用する場合、GMRヘッドの厚さ方向には高い分解能が得られるが。長手方向の分解能はヘッドの幅で制限を受ける問題がある。
【００１２】
（1.2  観測手法）
GMRヘッドを磁界分布計測装置のプローブとして利用する手法の詳細を示す。磁化分布をもった試料上を図４に示すようにGMRヘッドでスキャンし、計測データを得る。試料を水平面内で回転させ、GMRヘッドをその厚さ方向に1次元並進スキャンする。ヘッドに流れる電流値を一定に保ち、試料からの磁界による抵抗変化をヘッドの両端での電圧変化として観測する。様々な回転角度、並進位置で得られる複数の観測量から、磁界分布を未知数とする連立方程式を構成する。
この連立方程式の構造はＸ線ＣＴ法で取り扱われているものと同様であるので、方程式の求解には既存のＸ線ＣＴ法の様々な再構成アルゴリズムが利用できる。連立方程式を解いて得られる磁界分布の分解能は、GMRヘッドの膜厚に依存する。膜厚が薄いと得られる分解能は向上し、厚いと分解能は低下する。膜厚が厚くなると連立方程式が悪条件となるため、得られる分解能が低下する。
【００１３】
（1.3  数理モデル）
GMRヘッドをプローブとして用いて並進と回転のスキャンを行い、試料からの磁界変化を電圧変化として観測する数理モデルを以下に示す。図４を上から見た様子が図５である。ヘッドはXY座標系でX軸方向に並進スキャンし、試料はXY座標系の原点を中心にθだけ回転している。xy座標系は試料に固定された座標系である。z軸、Z軸を共に試料面から垂直上方向にとる。試料からある一定の距離だけZ軸方向に離れた付置での磁界分布のZ軸成分をｈ(x,y)とし、ヘッドの両端で観測される電圧変化をg(X,θ)とする。θだけ回転した試料上をヘッドがＸ軸方向にスキャンし、電圧変化g(X,θ)を観測する。電圧変化g(X,θ)はヘッドの膜厚が薄いため、ヘッドの下端面での磁界分布ｈ(x,y)のY方向の積分値として式（1）のように得ることができる。
【数１】
2007271465.tif 000003
電圧変化g(X,θ)が磁界分布ｈ(x,y)の積分値として近似できる理由は後述（段落００１８）する。
【００１４】
（1.4  再構成手法）
観測量g(X,θ)から試料上の磁界分布の推定値
【数２】
2007271465.tif 000004
を再構成する手法を示す。
g(X,θ)から
【数３】
2007271465.tif 000005
の再構成には、一般的に広く利用されているＸ線ＣＴ法を利用することができる。ＣＴ法の手法にはFBP法（Filtered  Backprojection）、CBP法（Convolution  Backprojection）、EL−ME法等様々な手法があるが、ここでは例としてFBP法の適用例について説明する。
磁界分布ｈ(x,y)の２次元フーリエ変換H(ξ，η)は式（4）のように表される。
【数４】
2007271465.tif 000006
ここで、ξ＝ωcosθ，η＝ωsinθとして極座標(ω，θ)で表すと次式となる。
【数５】
2007271465.tif 000007
さらに、式（5）を変形すると、以下のようになる。
【数６】
2007271465.tif 000008
式（10）は、磁界分布の２次元フーリエ変換H(ωcosθ，ωsinθ)と観測値の1次元フーリエ変換G(ω，θ)が等しいことを表している。H(ξ，η)の２次元フーリエ逆変換は極座標(ω，θ)で表すと式（11）となる。
【数７】
2007271465.tif 000009
式（11）は式（10）を用いて以下のように変形できる。
【数８】
2007271465.tif 000010
式（12）の|ω|は高周波数成分を拡大し解が不安定となるため、実際には様々なフィルタ関数のフーリエ変換が用いられている。本発明では、式（14）で表されるShepp-Loganフィルタをフィルタ関数として用いる。従って、式（12）より磁界分布の推定値
【数９】
2007271465.tif 000011
を式（13）のように求めることができる。
【数１０】
2007271465.tif 000012
【００１５】
〔２．数値シミュレーション〕
数値シミュレーションを行い、GMRヘッドを用いた磁界分布再構成法の有効性を確認する。まず、GMRヘッドを試料上でスキャンして磁界分布による電圧変化を得る順解析を行う。次に順解析で求めた結果を模擬計測データとして再構成を行う。
【００１６】
（2.1  順解析）
GMRヘッドを試料上でスキャンし、磁界分布から電圧変化を観測する順解析を行う。磁界分布を図６に示す。分布の中央に約90nm×20nmの大きさのＮ極（白）、Ｓ極（黒）の磁界分布がそれぞれ存在する。図６の磁界分布を１°間隔で０°〜180°までスキャンした模擬計測データを図７に示す。図７の縦軸はスキャン角度θ、横軸はスキャン位置Xを示す。さらに、スキャン画像図７に10％の誤差を加えた模擬計測データを図８に示す。
ここで、計測データの計算にはGMRヘッドの膜厚ｄを考慮して、式（1）の代わりに式（15）を用いた。
【数１１】
2007271465.tif 000013
式（15）は磁界のY方向の積分値をそれぞれ膜厚dの範囲で平均した値を観測値として用いている。
【００１７】
（2.2  再構成結果）
模擬計測データ図７、図８から、式（13）を用いて磁界分布を再構成した結果を示す。
図７を基に再構成した磁界分布を図９に示し、10％の誤差を加えた図８を基に再構成した磁界分布を図１０に示す。誤差の有無に関わらず、磁界分布を再構成できていることがわかる。
正解の磁界分布（○印）、誤差無しの再構成磁界分布（×印）、10％誤差を加えた再構成磁界分布（□印）の横方向の中心の分布を図１１に示す。誤差がある場合でも誤差がない場合と比べて大きな違いは見られない。
【００１８】
〔３．磁界分布と電圧変化の関係〕
GMRヘッドの下端面に分布する磁界とヘッドの両端で観測される電圧変化の関係を示す式（1）の数理モデルについて考察する。試料からの磁界は図１２に示すようにヘッド中に磁化分布を作り、磁化分布に比例した抵抗率変化の分布が現れる。ヘッドに一定の電流を流すと抵抗率変化の分布によりヘッドの両端で電圧変化が発生する。これらの過程を以下のようにモデル化する。
【００１９】
前述（段落００１３）と同様にヘッドの下端面での磁界分布のz成分をｈ(x,y)とする。ヘッドの膜厚が十分薄いとして厚さ方向の磁化分布は一様であると仮定し、ヘッドの磁化分布のZ成分をm(Y,Z)とすると磁化分布m(Y,Z)は磁界に比例し、次の式（16）のように級数展開で表すことができる。
【数１２】
2007271465.tif 000014
ただし、aはGMRヘッドの長手方向の長さで、ｄ、g、μはそれぞれ図１３に示すようにGMRヘッドの膜厚、ヘッドとシールドとのギャップ、ヘッドの透磁率である。
ヘッドの電位分布をφ(Y,Z)とすると、φは式（19）で表される偏微分方程式を満たす。
【数１３】
2007271465.tif 000015
ただし、κは電気伝導率である。ヘッドの電気伝導率が既知であれば、図１４と以下に示すような境界条件のもとで式（19）を解き、ヘッドの電位分布を求めることができる。ヘッドの両端の電位一定の境界をΓ１、Γ２、それ以外の絶縁の境界をΓ３とした。
【数１４】
2007271465.tif 000016
ヘッドの抵抗率変化の分布は磁化分布m(Y,Z)に比例するため、抵抗率ρ(Y,Z)は式（23）で表される。
【数１５】
2007271465.tif 000017
ただし、Δρは抵抗率変化の範囲を示す。従って、電気伝導率κ(Y,Z)は抵抗率の逆数となり、
【数１６】
2007271465.tif 000018
となる。
【００２０】
式（16）のAnを仮定して磁化分布を計算し、式（19）、式（23）、式（24）を用いて静電場解析を行うと、仮定した磁界に対するヘッドの電位分布と電流密度分布が得られる。電位分布と電流密度分布からヘッド全体の抵抗を求め、抵抗と係数A0との関係を図１５に示す。ただし、式（16）が十分収束するAn（n＝0〜5）に対し、−0.1〜0.1の範囲の一様乱数を与え、サンプル点は200点とした。
ヘッド全体の抵抗は乱数で発生させた様々なAn（n＝1〜5）に関わらず、A0のみに比例していることが図１５からわかる。ここで、A0は式（17）より磁界分布ｈ(x,y)のGMRヘッド下端での平均値となる。従って、GMRヘッドの両端で観測される電圧変化はヘッドの下端での磁界分布の積分値として式（1）のようにモデル化できることになる。
【００２１】
図１６は本発明に係る磁界分布計測装置の他の構成例を示す図であり、請求項２に係る発明に相当するものである。すなわち、薄膜磁気センサを一次元並進スキャンさせる代わりに、センサを多層に重ねたものである。なお、被計測対象物を水平面内で回転させるターンテーブル及びモータからなる回転機構と、被計測対象物の回転角を検出する角度センサと、前記プローブからの電圧信号（ΔＶ）、前記プローブの位置情報（Ｘ）及び前記角度センサから出力される回転角信号（θ）に基づいて、磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えている点については図１と同じであるので、図示を省略している。
【００２２】
図１７は、本発明に係る磁界分布計測装置のさらに他の構成例を示す図であり、請求項３に係る発明に相当するものである。すなわち、試料を回転させる代わりに、所定の角度、間隔ごとに配置された複数の薄膜磁気センサ（プローブ）を一直線上に配置し、アクチュエータ等で試料を順次送っていきながら磁界分布を計測するものである。そして、各プローブの位置情報、角度情報、及び試料の位置信号と、各プローブからの出力信号とから磁界分布を再構成する磁界分布再構成手段とを備えている点については図１と同じであるので、図示を省略している。
【００２３】
なお、本発明に係る磁界分布計測装置は、磁気で記録された情報媒体の高分解能な磁気読み取り装置として利用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る磁界分布計測装置の構成例を示す図である。
【図２】HDDヘッドを拡大した概略図である。
【図３】GMRヘッドの構造を示す図である。
【図４】GMRヘッドを用いて磁化分布を持つ試料をスキャニングして磁界分布を計測する方法を説明するための図である。
【図５】図４を上から見た様子を示す図である。
【図６】試料の磁界分布を示す図である。
【図７】図６の磁界分布を１度間隔で０〜１８０度までスキャンしたときの模擬計測データを示す図である。縦軸がスキャン角度θ、横軸がスキャン位置Ｘを示す。
【図８】図７のスキャン画像に１０％の誤差を加えた場合の模擬計測データを示す図である。
【図９】図７のデータに基づいて再構成した磁界分布を示す図である。
【図１０】図８のデータに基づいて再構成した磁界分布を示す図である。
【図１１】正解の磁界分布（図６、○印）、誤差無しの再構成磁界分布（図９、×印）、10％誤差を加えた再構成磁界分布（図１０、□印）の横方向の中心の分布を示す図である。
【図１２】GMRヘッドの下端面に分布する磁界と、ヘッドの両端で観測される電圧変化の関係を示す図である。
【図１３】GMRヘッドとシールドの断面を示す図である。
【図１４】電界計算のためのモデルを示す図である。
【図１５】抵抗変化と係数Ａ０の関係を示す図である。
【図１６】本発明に係る磁界分布計測装置の他の構成例を示す図である。
【図１７】本発明に係る磁界分布計測装置のさらに他の構成例を示す図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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