(57)【要約】【課題】面内磁化成分と垂直磁化成分とを分離しながら、磁化の状態を表わす画像を得るための技術を提供する。【解決手段】カー効果を用いて磁化を測定する磁気特性測定装置において、特定の入射角で入射光を入射して第１の画像を得ると共に、入射方向を反転させて第２の画像を得る。演算装置によって第１の画像と第２の画像の差分画像と、第１の画像と第２の画像の加算画像が算出される。該差分画像は、試料の各位置における面内磁化成分を表わす画像であり、該加算画像は、試料の各位置における垂直磁化成分を表わす画像である。【選択図】図２
2013205400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光の入射光を試料に入射するための光入射機構と、
前記入射光が試料に反射されることで得られる反射光が入射される検光子と、
前記反射光が前記検光子を通過することで得られる信号光を撮像して画像を撮像する撮像装置と、
演算装置
とを具備する磁気特性測定装置であって、
前記光入射機構は、前記入射光を前記試料に入射する入射方向が可変であるように構成されており、
前記光入射機構が直線偏光の第１入射光を、第１入射面の面内にあり且つ入射角が０°でないような第１入射方向で試料に入射したときに、前記撮像装置が前記試料によって前記第１入射光が反射されて得られる第１反射光が前記検光子を通過することで得られる第１信号光に基づいて、試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第１画像を取得し、
前記光入射機構が直線偏光の第２入射光を前記第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第１反射光の反射角と同一になるような第２入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第２入射光が反射されて得られる第２反射光が前記検光子を通過することで得られる第２信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第２画像を取得し、
前記演算装置は、前記第１画像及び前記第２画像を演算することにより、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量の、前記試料の面内方向である第１方向における成分の画像である第１成分画像と、前記磁気的物理量の、前記試料の垂直方向である第２方向における成分の画像である第２成分画像とを生成する
磁気特性測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気特性測定装置であって、
前記光入射機構が直線偏光の第３入射光を、前記第１入射面と垂直な第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第３入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第３入射光が反射されて得られる第３反射光が前記検光子を通過することで得られる第３信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第３画像を取得し、
前記光入射機構が直線偏光の第４入射光を、前記第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第３反射光の反射角と同一になるような第４入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第４入射光が反射されて得られる第４反射光が前記検光子を通過することで得られる第４信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第４画像を取得し、
前記演算装置は、前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記試料の面内方向であり、且つ、前記第１方向に垂直な第３方向における成分の画像である第３成分画像を生成する
磁気特性測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気特性測定装置であって、
前記演算装置は、前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記第２方向における成分の画像である第４成分画像を生成する
磁気特性測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気特性測定装置であって、
前記磁気的物理量は、前記試料の各位置における磁化である
磁気特性測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気特性測定装置であって、
前記試料がファラデー効果を示す媒体であり、
前記磁気的物理量は、前記媒体の各位置における磁界である
磁気特性測定装置。
【請求項６】
請求項４に記載の磁気特性測定装置であって、
前記演算装置が、前記第１画像と前記試料を飽和させる磁界を印加させた状態の画像である飽和像との差分である第１差分画像と、前記第１画像と前記飽和像との第２差分画像との差分画像を、前記試料の各位置における前記第１方向における磁化成分の画像である第１磁化成分画像として生成し、
前記第１差分画像及び前記第２差分画像との加算画像を前記試料の各位置における前記第２方向における磁化成分の画像である第２磁化成分画像として生成する
磁気特性測定装置。
【請求項７】
請求項２又は３に記載の磁気特性測定装置であって、
前記磁気的物理量は、前記試料の各位置における磁化であり、
前記試料を飽和させる磁界を前記第１方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第５入射光を前記第１入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第５入射光が反射されて得られる第５反射光が前記検光子を通過することで得られる第５信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第５画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第１方向と反対の第４方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第６入射光を前記第１入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第５入射光が反射されて得られる第５反射光が前記検光子を通過することで得られる第６信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第６画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第１方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第７入射光を前記第２入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第７入射光が反射されて得られる第７反射光が前記検光子を通過することで得られる第７信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第７画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第４方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第８入射光を前記第２入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第８入射光が反射されて得られる第８反射光が前記検光子を通過することで得られる第８信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第８画像を取得し、
前記演算装置は、前記第１画像、前記第２画像、前記第５画像、前記第６画像、前記第７画像及び前記第８画像から、前記試料の各位置における前記第１方向における磁化成分と全磁化の比に対応する第１規格化データを算出する
磁気特性測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気特性測定装置であって、
前記試料を飽和させる磁界を前記第３方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第９入射光を前記第３入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第９入射光が反射されて得られる第９反射光が前記検光子を通過することで得られる第９信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第９画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第３方向と反対の第５方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第１０入射光を前記第３入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第１０入射光が反射されて得られる第１０反射光が前記検光子を通過することで得られる第１０信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第１０画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第３方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第１１入射光を前記第４入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第１１入射光が反射されて得られる第１１反射光が前記検光子を通過することで得られる第１１信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第１１画像を取得し、
前記試料を飽和させる磁界を前記第５方向に印加した状態で、前記光入射機構が直線偏光の第１２入射光を前記第４入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第１２入射光が反射されて得られる第１２反射光が前記検光子を通過することで得られる第１２信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第１２画像を取得し、
前記演算装置は、前記第３画像、前記第４画像、前記第９画像、前記第１０画像、前記第１１画像及び前記第１２画像から、前記試料の各位置における前記第３方向における磁化成分と全磁化の比に対応する第２規格化データを算出する
磁気特性測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の磁気特性測定装置であって、
前記演算装置は、前記第１規格化データと前記第２規格化データとから、前記試料の各位置における前記第２方向における磁化成分と全磁化の比に対応する第３規格化データを算出する
磁気特性測定装置。
【請求項１０】
直線偏光の第１入射光を、第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第１入射方向で試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第１入射光が反射されて得られる第１反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第１画像を取得するステップと、
直線偏光の第２入射光を、前記第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第１反射光の反射角と同一になるような第２入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第２入射光が反射されて得られる第２反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第２画像を取得するステップと、
前記第１画像及び前記第２画像を演算することにより、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量の、前記試料の面内方向である第１方向における成分の画像である第１成分画像と、前記磁気的物理量の、前記試料の垂直方向である第２方向における成分の画像である第２成分画像とを得るステップ
とを具備する
磁気特性測定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の磁気特性測定方法であって、
更に、
直線偏光の第３入射光を、前記第１入射面と垂直な第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第３入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第３入射光が反射されて得られる第３反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第３画像を取得するステップと、
直線偏光の第４入射光を、前記第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第３反射光の反射角と同一になるような第４入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第４入射光が反射されて得られる第４反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第４画像を取得するステップと、
前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、磁気的物理量の、前記試料の面内方向であり、且つ、前記第１方向に垂直な第３方向における成分の画像である第３磁化画像を得るステップ
とを具備する
磁気特性測定方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の磁気特性測定方法であって、
更に、
前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記第２方向における成分の画像である第４成分画像を生成するステップを備える
磁気特性測定方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれかに記載の磁気特性測定方法であって、
前記磁気的物理量は、前記試料の各位置における磁化である
磁気特性測定方法。
【請求項１４】
請求項１０乃至１２のいずれかに記載の磁気特性測定方法であって、
前記試料がファラデー効果を示す媒体であり、
前記磁気的物理量は、前記媒体の各位置における磁界である
磁気特性測定方法。
【請求項１５】
ファラデー効果を発現するファラデー媒体を、磁界を測定する場所に配置するステップと、
直線偏光の第１入射光を、第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第１入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第１入射光が反射されて得られる第１反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第１画像を取得するステップと、
直線偏光の第２入射光を、前記第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第１反射光の反射角と同一になるような第２入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第２入射光が反射されて得られる第２反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第２画像を取得するステップと、
前記第１画像及び前記第２画像を演算することにより、前記ファラデー媒体の面内方向である第１方向における磁界成分の画像である第１磁界成分画像と、前記ファラデー媒体の垂直方向である第２方向における磁界成分の画像である第２磁界成分画像とを得るステップ
とを具備する
磁界測定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の磁界測定方法であって、
更に、
直線偏光の第３入射光を、前記第１入射面と垂直な第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第３入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第３入射光が反射されて得られる第３反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第３画像を取得するステップと、
直線偏光の第４入射光を、前記第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第３反射光の反射角と同一になるような第４入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第４入射光が反射されて得られる第４反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第４画像を取得するステップと、
前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、前記ファラデー媒体の面内方向であり、且つ、前記第１方向に垂直な第３方向における磁界成分の画像である第３磁界成分画像を得るステップ
とを具備する
磁界測定方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の磁界測定方法であって、
更に、
前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、前記第２方向における磁界成分の画像である第４磁界成分画像を生成するステップを具備する
磁界測定方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の磁界測定方法であって、
更に、
前記ファラデー媒体に所定の規定磁界を前記第１方向に印加した状態で直線偏光の第５入射光を前記第１入射方向で前記試料に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第５入射光が反射されて得られる第５反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第５画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第１方向と反対の第４方向に印加した状態で直線偏光の第６入射光を前記第１入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第６入射光が反射されて得られる第６反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第６画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第１方向に印加した状態で直線偏光の第７入射光を前記第２入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第７入射光が反射されて得られる第７反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第７画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第４方向に印加した状態で直線偏光の第８入射光を前記第２入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第８入射光が反射されて得られる第８反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第８画像を取得するステップと、
前記第１画像、前記第２画像、前記第５画像、前記第６画像、前記第７画像及び前記第８画像から、前記ファラデー媒体の各位置における前記第１方向における磁界成分と前記規定磁界の比に対応する第１規格化データを算出するステップ
とを具備する
磁界測定方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の磁界測定方法であって、
更に、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第３方向に印加した状態で直線偏光の第９入射光を前記第３入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第９入射光が反射されて得られる第９反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第９画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第３方向と反対の第５方向に印加した状態で直線偏光の第１０入射光を前記第３入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第１０入射光が反射されて得られる第１０反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第１０画像を取得するステップ
前記ファラデー媒体に前記規定磁界を前記第３方向に印加した状態で直線偏光の第１１入射光を前記第４入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第１１入射光が反射されて得られる第１１反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第１１画像を取得するステップと、
前記ファラデー媒体を飽和させる磁界を前記第５方向に印加した状態で直線偏光の第１２入射光を前記第４入射方向で前記ファラデー媒体に入射したときに、前記ファラデー媒体によって前記第１２入射光が反射されて得られる第１２反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第１２画像を取得するステップと、
前記第３画像、前記第４画像、前記第９画像、前記第１０画像、前記第１１画像及び前記第１２画像から、前記ファラデー媒体の各位置における前記第３方向における磁界成分と前記規定磁界の比に対応する第２規格化データを算出するステップ
とを具備する
磁界測定方法。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の磁界測定方法であって、
更に、
前記第２磁界成分画像と前記第４磁界成分画像との平均である平均画像と、予め取得した校正係数とから、前記ファラデー媒体の各位置における前記第２方向における磁界成分と前記規定磁界の比に対応する第３規格化データを算出するステップ
を具備する
磁界測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気特性測定装置、磁気特性測定方法及び磁界測定方法に関し、特に、カー効果、ファラデー効果等の磁気光学効果を用いて物質の磁気特性又は空間の特定位置の磁界を測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の磁化状態の測定は、科学技術において興味ある問題の一つである。例えば、電磁鋼板や磁気ディスクヘッドに使用される磁性材料の磁区の構造を特定することにより、科学的、技術的に有用な知見を得ることができる。
【０００３】
一つの物体の磁化状態を測定する方法の一つとして、直線偏光の入射光を磁性材料に入射し、磁性材料におけるカー効果による偏光面の回転から磁化状態を得る技術が知られている（例えば、特許文献１）。偏光面の回転角は、概ね、試料の磁化の大きさに比例するから、偏光面の回転角から磁化の大きさを算出することができる。また、偏光板を用いて各画素が偏光面の回転角に依存した輝度を有するような画像を得れば、当該画像は、試料の各位置における磁化の状態を表わす画像になる。
【０００４】
図１は、プローブ光を入射した場合の偏光面の回転について説明する図である。試料の面内磁化成分（試料の表面に平行な方向の磁化）は、プローブ光を斜めに入射し、反射光に発生する縦カー効果による偏光面の回転を検出することで測定することができる（図１左図）。一方、試料の垂直磁化成分（試料の表面に垂直な方向の磁化）は、プローブ光を垂直方向に入射し、反射光に発生する極カー効果による偏光面の回転を検出することで測定することができる（図１右図）。
【０００５】
しかしながら、入射光を斜めに入射した場合、反射光における偏光面の回転には、面内方向の磁化による偏光面の回転のみならず、実際には、垂直方向の磁化が極カー効果を通じて偏光面を回転する寄与分が含まれる（図１中央図）。よって、入射光を斜めに入射して得られた面内方向の磁化の測定結果には、垂直方向の磁化による誤差が含まれる。
【０００６】
入射光を斜めに入射した場合における垂直磁化成分の混入の問題を回避するための技術は、例えば、非特許文献１に開示されている。この非特許文献１には、試料に入射光を垂直方向に入射すると共に、光学軸の方位が異なる偏光板を接合した分割半波長板を用いて面内磁化成分と垂直磁化成分を分離するサンプリング式カー効果走査レーザ顕微鏡が開示されている。
【０００７】
しかしながら、このカー効果走査レーザ顕微鏡では、試料の１個所の面内磁化成分と垂直磁化成分を測定することしかできず、磁化の状態を表わす画像を得ることができない。詳細には、この技術では、反射光のビームを偏光ビームスプリッタで分離し、２つのディテクタで光強度を差動検出しているから、試料の各位置における面内磁化成分と垂直磁化成分を測定するためには試料を走査しなければならない。実際、非特許文献１に開示されているカー効果走査レーザ顕微鏡では、試料を走査するための圧電ステージが設けられている。
【０００８】
面内磁化成分と垂直磁化成分とを分離しながら、（試料を走査せずに）磁化の状態を表わす画像を得ることができる技術が提供されることが望まれる。また、磁化以外の偏光面の回転に寄与する磁気的物理量（例えば、磁界）についても、磁気的物理量を表わす画像を得ることができる技術が提供されることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２２４９０７号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】永井利明他、「広帯域カー顕微鏡による垂直・面内磁化成分測定法」、第２６回日本応答磁気学会学術講演概要集（２００２）、ｐ．３９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、本発明の目的は、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量（例えば、磁化及び磁界）について、面内成分と垂直成分とを分離しながら、該磁気的物理量を表わす画像を得るための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
詳細には、本発明の一の観点では、磁気特性測定装置が、直線偏光の入射光を試料に入射するための光入射機構と、前記入射光が試料に反射されることで得られる反射光が入射される検光子と、前記反射光が前記検光子を通過することで得られる信号光を撮像して画像を撮像する撮像装置と、演算装置とを具備する。前記光入射機構は、前記入射光を前記試料に入射する入射方向が可変であるように構成されている。前記光入射機構が直線偏光の第１入射光を、第１入射面の面内にあり且つ入射角が０°でないような第１入射方向で試料に入射したときに、前記撮像装置が前記試料によって前記第１入射光が反射されて得られる第１反射光が前記検光子を通過することで得られる第１信号光に基づいて、試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第１画像を取得する。前記光入射機構が直線偏光の第２入射光を前記第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第１反射光の反射角と同一になるような第２入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第２入射光が反射されて得られる第２反射光が前記検光子を通過することで得られる第２信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第２画像を取得する。前記演算装置は、前記第１画像及び前記第２画像を演算することにより、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量の、前記試料の面内方向である第１方向における成分の画像である第１成分画像と、前記磁気的物理量の、前記試料の垂直方向である第２方向における成分の画像である第２成分画像とを生成する。
【００１３】
当該磁気特性測定装置において、前記光入射機構が直線偏光の第３入射光を、前記第１入射面と垂直な第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第３入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第３入射光が反射されて得られる第３反射光が前記検光子を通過することで得られる第３信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第３画像を取得し、前記光入射機構が直線偏光の第４入射光を、前記第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第３反射光の反射角と同一になるような第４入射方向で前記試料に入射したときに、前記撮像装置が、前記試料によって前記第４入射光が反射されて得られる第４反射光が前記検光子を通過することで得られる第４信号光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第４画像を取得してもよい。この場合、前記演算装置は、前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記試料の面内方向であり、且つ、前記第１方向に垂直な第３方向における成分の画像である第３成分画像を生成する。また、演算装置は、前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、前記磁気的物理量の、前記第２方向における成分の画像である第４成分画像を生成してもよい。
【００１４】
一実施形態では、上記の磁気的物理量は、試料の各位置における磁化である。試料としてファラデー効果を示す媒体が使用される場合、前記磁気的物理量を、前記媒体の各位置における磁界とすることもできる。
【００１５】
本発明の他の観点では、磁気特性測定方法が、
直線偏光の第１入射光を、第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第１入射方向で試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第１入射光が反射されて得られる第１反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第１画像を取得するステップと、
直線偏光の第２入射光を、前記第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第１反射光の反射角と同一になるような第２入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第２入射光が反射されて得られる第２反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第２画像を取得するステップと、
前記第１画像及び前記第２画像を演算することにより、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量の、前記試料の面内方向である第１方向における成分の画像である第１成分画像と、前記磁気的物理量の、前記試料の垂直方向である第２方向における成分の画像である第２成分画像とを得るステップ
とを具備する。
【００１６】
当該磁気特性測定方法が、
更に、
直線偏光の第３入射光を、前記第１入射面と垂直な第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第３入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第３入射光が反射されて得られる第３反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第３画像を取得するステップと、
直線偏光の第４入射光を、前記第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第３反射光の反射角と同一になるような第４入射方向で前記試料に入射するステップと、
前記試料によって前記第４入射光が反射されて得られる第４反射光に基づいて、前記試料の各位置における偏光面の回転角に対応する第４画像を取得するステップと、
前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、磁気的物理量の、前記試料の面内方向であり、且つ、前記第１方向に垂直な第３方向における成分の画像である第３磁化画像を得るステップ
とを具備してもよい。
【００１７】
当該磁気特性測定方法の一実施形態では、上記の磁気的物理量は、試料の各位置における磁化である。試料としてファラデー効果を示す媒体が使用される場合、前記磁気的物理量を、前記媒体の各位置における磁界とすることもできる。
【００１８】
本発明の更に他の観点では、磁気特性測定方法が、
ファラデー効果を発現するファラデー媒体を、磁界を測定する場所に配置するステップと、
直線偏光の第１入射光を、第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第１入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第１入射光が反射されて得られる第１反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第１画像を取得するステップと、
直線偏光の第２入射光を、前記第１入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第１反射光の反射角と同一になるような第２入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第２入射光が反射されて得られる第２反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第２画像を取得するステップと、
前記第１画像及び前記第２画像を演算することにより、前記ファラデー媒体の面内方向である第１方向における磁界成分の画像である第１磁界成分画像と、前記ファラデー媒体の垂直方向である第２方向における磁界成分の画像である第２磁界成分画像とを得るステップ
とを具備する。
【００１９】
当該磁界測定方法が、
更に、
直線偏光の第３入射光を、前記第１入射面と垂直な第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が０°でないような第３入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第３入射光が反射されて得られる第３反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第３画像を取得するステップと、
直線偏光の第４入射光を、前記第２入射面の面内にあり、且つ、入射角が前記第３反射光の反射角と同一になるような第４入射方向で前記ファラデー媒体に入射するステップと、
前記ファラデー媒体によって前記第４入射光が反射されて得られる第４反射光に基づいて、前記ファラデー媒体の各位置における偏光面の回転角に対応する第４画像を取得するステップと、
前記第３画像及び前記第４画像を演算することにより、前記ファラデー媒体の面内方向であり、且つ、前記第１方向に垂直な第３方向における磁界成分の画像である第３磁界成分画像を得るステップ
とを具備してもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、偏光面の回転に寄与する磁気的物理量（例えば、磁化及び磁界）について、面内成分と垂直成分とを分離しながら、該磁気的物理量を表わす画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】入射光を斜め方向に入射したときに起こる縦カー効果及び極カー効果を説明する図である。
【図２】本発明の磁気特性測定方法の原理を説明する図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態における、面内磁化試料の磁区の観察手順を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態における、垂直磁化試料の磁区の観察手順を示す図である。
【図４Ａ】本実施形態の磁気特性測定方法で得られたＮｉＦｅ軟磁性パターン膜の観察結果を示す図である。
【図４Ｂ】本実施形態の磁気特性測定方法で得られたＧｄＦｅＣｏパターン膜の観察結果を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態における、４方向から入射光を入射して３次元の磁化成分を検出する手法を説明する図である。
【図６Ａ】本実施形態の磁気特性測定方法で得られた方向性電磁鋼板のＸ方向成分画像を示す図である。
【図６Ｂ】本実施形態の磁気特性測定方法で得られた方向性電磁鋼板のＹ方向成分画像を示す図である。
【図６Ｃ】本実施形態の磁気特性測定方法で得られた方向性電磁鋼板のＺ方向成分画像を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態の磁気特性測定装置の構成を示す図である。
【図８】図７の磁気特性測定装置における入射光の入射方向の切り換えを示す図である。
【図９Ａ】入射光を斜め方向に入射したときの縦カー効果及び極カー効果による偏光面の回転を示す図である。
【図９Ｂ】Ｘ軸方向の磁化成分Ｍｘ、Ｙ軸方向の磁化成分Ｍｙ、Ｚ軸方向の磁化成分Ｍｚと、全磁化Ｍの関係を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態における、Ｘ方向成分画像、Ｙ方向成分画像、Ｚ方向成分画像、及び、試料の各位置の磁化方向を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、基準データを得る手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、観察画像データを得る手順を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、Ｘ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、Ｙ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。
【図１５Ａ】本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、Ｘ軸方向の観察で得られた画像からＺ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。
【図１５Ｂ】本発明の一実施形態における試料の各位置の磁化方向の算出において、Ｙ軸方向の観察で得られた画像からＺ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態の磁化方向の算出における、Ｘ規格化データ、Ｙ規格化データの算出法を説明する図である。
【図１７Ａ】本発明の一実施形態における磁気転写による磁界検出を説明する図である。
【図１７Ｂ】一実施形態におけるファラデー媒体の構造と磁界発生源の配置を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分を算出する手順を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、基準データを得る手順を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、観察画像データを得る手順を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、Ｘ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。
【図２２】本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、Ｙ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。
【図２３Ａ】本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、Ｘ軸方向の観察で得られた画像からＺ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。
【図２３Ｂ】本発明の一実施形態における磁界の各方向の成分の算出において、Ｙ軸方向の観察で得られた画像からＺ方向成分画像を得る演算処理を示す図である。
【図２４】本発明の一実施形態の磁界方向の算出における、Ｘ規格化データ、Ｙ規格化データの算出法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（磁気特性測定方法の原理）
以下では、本発明の一実施形態の磁気特性測定方法の原理について説明する。
図２は、本実施形態の磁気特性測定方法の原理を説明する図である。本実施形態の磁気特性測定装置の基本原理は、異なる方向に入射光を入射して得られる画像を演算することで、面内磁化成分を表わす画像と、垂直磁化成分を表わす画像とを得るというものである。なお、図２においては、Ｘ−Ｙ−Ｚ直交座標系が規定されておいる。Ｘ軸、Ｙ軸は、試料の面内方向（表面に平行な方向）に規定され、Ｚ軸は、試料の垂直方向（表面に垂直な方向）に規定されている。
【００２３】
まず、直線偏光の入射光ＩＩＮ１を試料に特定の入射角θｉ１の方向に入射させると、試料によって入射光ＩＩＮ１が反射されて反射光ＩＲ１が得られる。図２では、入射光ＩＩＮ１は、入射面（入射光ＩＩＮ１の進行方向及び反射光ＩＲ１の進行方向の両方が面内に存在するような入射面）がＸ軸方向に平行であり（即ち、ＸＺ平面に平行であり）、且つ、入射光ＩＩＮ１の進行方向のＸ軸方向の成分が正であるように入射されている。ここで、入射光ＩＩＮ１は試料に対して斜め方向に入射される。即ち、入射角θｉ１は０°ではない（なお、本明細書においては、試料Ｓの表面に垂直な方向が入射角が０°であると定義する）。その反射光ＩＲ１を検光子（図２では図示されない）に入射して通過させると、試料の各位置における偏光面の回転角に応じた光強度分布を有する信号光が得られる。その信号光を撮像素子（例えば、ＣＣＤ（charge charring device）撮像素子やＣＭＯＳ（complementary
metal oxide semiconductor）撮像素子）で撮像することで、第１の画像を得る。以下では、ＸＺ平面に平行な入射面内でＸ軸方向の成分が正である方向に入射光を入射して画像を得ることを、「Ｘ軸の正方向に観察」ということがある。
【００２４】
更に、入射方向を反転させて入射光ＩＩＮ２を入射し（即ち、入射光ＩＩＮ１の入射面の面内にあり、且つ、反射光ＩＲ１の反射角と同一の角度の入射角θｉ２の方向に入射光ＩＩＮ２を入射し）、反射光ＩＲ２を検光子に通過させて得られる信号光を撮像することで、第２の画像を得る。ここで、図２では、入射光ＩＩＮ２は、入射面がＸ軸方向に平行であり（即ち、ＸＺ平面に平行であり）、且つ、入射光ＩＩＮ２の進行方向のＸ軸方向の成分が負であるように入射されている。以下では、ＸＺ平面に平行な入射面内でｘ軸方向の成分が負である方向に入射光を入射して画像を得ることを、「Ｘ軸の負方向に観察」ということがある。
【００２５】
ここで、本実施形態の磁気特性測定方法では、入射方向を反転させた場合に、面内磁化成分によって誘起される縦カー効果による偏光面の回転の方向（図２の回転角θｘの方向）が反転するのに対し、垂直磁化成分によって誘起される極カー効果による偏光面の回転の方向（図２の回転角θｚの方向）は反転しないという現象を利用する。上記の第１の画像と第２の画像の差分の画像は、試料の各位置における面内磁化成分（厳密には、Ｘ軸方向に平行な面内磁化成分）を表わす画像となる。一方、上記の第１の画像と第２の画像とを加算した画像は、試料の各位置における垂直磁化成分を表わす画像となる。このように、第１の画像と第２の画像を加算又は減算することで、面内磁化成分と垂直磁化成分とを分離した画像を得ることができる。
【００２６】
このような手法を用いることで、面内磁化成分と垂直磁化成分の影響を分離しながら、面内磁化成分の磁区の観察と垂直磁化成分の磁区の観察とを行うことができる。図３Ａ、図３Ｂは、本実施形態の磁気特性測定装置において、磁区の観察を行う手順を示す概念図である。図３Ａは、面内磁化（面内磁気異方性）を有する試料の磁区の観察を行った場合についての概念図であり、図３Ｂは、垂直磁化（垂直磁気異方性）を有する試料の磁区の観察を行った場合についての概念図である。以下においては、試料が、互いに反対方向の磁化を有する２つの磁区を有している場合について議論する。
【００２７】
磁区の観察においては、磁区の情報以外の情報を除くことが好ましい。そこで、本実施形態では、図３Ａ、図３Ｂに図示されているように、観察対象の試料の画像（観察像）と、飽和磁界（試料の磁化を飽和させるに十分な大きさの磁界）を印加した状態の標準試料の画像（飽和像）の差分として得られる差分画像を入射方向を反転させながら取得し、その差分画像を演算することで、面内磁化成分の磁区の画像、及び、面内磁化成分の磁区の画像を得る。なお、標準試料は、観察対象の試料とは別に用意される試料でなくてもよい。即ち、飽和像は、観察対象の試料それ自体に飽和磁界を印加した状態で得られた画像であってもよい。
【００２８】
詳細には、「Ｘ軸の正方向に観察」した場合（入射光ＩＩＮ１を試料に特定の入射角θｉ１の方向に入射した場合）、及び、「Ｘ軸の負方向に観察」した場合（入射光ＩＩＮ１の入射面の面内にあり、且つ、反射光ＩＲ１の反射角と同一の角度の入射角θｉ２の方向に入射光ＩＩＮ２を入射した場合）の両方について、観察対象の試料の画像である観察像を得る。更に、「Ｘ軸の正方向に観察」した場合、及び、「Ｘ軸の負方向に観察」した場合の両方について、飽和磁界（試料全体の磁化を同一方向に向けるのに十分な大きさの磁界）を印加した状態の標準試料の画像である飽和像を得る。飽和磁界は、全体として面内磁化を有する試料であれば、試料の面内方向に印加することが望ましく、全体として垂直磁化を有する試料であれば、試料の垂直方向に印加することが望ましい。
【００２９】
更に、「Ｘ軸の正方向に観察」した場合の観察像及び飽和像の差分画像を算出する。以下では、この差分画像を、（図２において左から入射光ＩＩＮ１が入射されると図示されていることから）「左から入射」画像という。更に、入射方向を反転し、「Ｘ軸の負方向に観察」した場合の観察像及び飽和像の差分画像を算出する。以下では、この差分画像を、「右から入射」画像という。ここで、「左」「右」は、単に、方向を区別するための意味合いしか持たないことに留意されたい。
【００３０】
「左から入射」画像と「右から入射」画像の差分の画像は、面内磁化成分の画像になる。図３Ａに示されているように、面内磁化を持つ試料については、面内磁化成分の画像において、２つの磁区が、輝度が異なる２つの領域として観察され、図３Ｂに示されているように、垂直磁気異方性を持つ試料については、面内磁化成分の画像において磁区が観察されない。
【００３１】
一方、「左から入射」画像と「右から入射」画像の差分の画像は、垂直磁化成分の画像になる。例えば、図３Ａに示されているように、面内磁化を持つ試料については、垂直磁化成分の画像において磁区が観察され、図３Ｂに示されているように、垂直磁気異方性を持つ試料については、垂直磁化成分の画像において、２つの磁区が、輝度が異なる２つの領域として観察される。
【００３２】
図４Ａ、図４Ｂは、実際の試料の「左から入射」画像、「右から入射」画像、面内磁化成分の画像、及び、垂直磁化成分の画像を示している。ここで、図４Ａは、（面内磁化を有する膜である）ＮｉＦｅ軟磁性パターン膜の画像であり、図４Ｂは、（垂直磁化を有する膜である）ＧｄＦｅＣｏパターン膜の画像である。図４Ａ、図４Ｂから理解されるように、本実施形態の手法によれば、ＮｉＦｅ軟磁性パターン膜については、面内磁化成分の画像及び垂直磁化成分の画像から、各磁区が面内磁化を有していることが分かる。一方、ＧｄＦｅＣｏパターン膜については、面内磁化成分の画像及び垂直磁化成分の画像から、各磁区が概ね垂直磁化を有していることが分かる。
【００３３】
図２に図示されているような、２方向から入射光を入射する手法では、入射面に平行な面内磁化成分と、垂直磁化成分とが観察可能である。この手法を拡張し、図５に図示されているように、互いに垂直な入射面のそれぞれにおいて２方向から（合計４方向から）入射光を入射することで、３次元の磁化成分を観察することができる。
【００３４】
詳細には、「Ｘ軸の正方向に観察」することによって観察像及び飽和像が撮影され、これらの観察像と飽和像の差分画像が「左から入射」画像として算出される。更に、入射方向を反転させて「Ｘ軸の負方向に観察」することによって観察像及び飽和像が撮影され、観察像と飽和像の差分画像が、「右から入射」画像として算出される。
【００３５】
「左から入射」画像と「右から入射」画像との差分画像が、Ｘ軸方向の磁化成分の画像であり、「左から入射」画像と「右から入射」画像との加算画像が、Ｚ軸方向の磁化成分（垂直磁化成分）の画像である。
【００３６】
更に、ＹＺ平面に平行な入射面において、直線偏光の入射光ＩＩＮ３を試料に特定の入射角θｉ２の方向に入射させて観察像及び飽和像が撮影される。ここで、図５では、入射光ＩＩＮ３は、入射面がＹ軸方向に平行であり（即ち、ＹＺ平面に平行であり）、且つ、入射光ＩＩＮ３の進行方向のＹ軸方向の成分が正であるように入射されている。以下では、ＹＺ平面に平行な入射面内でＹ軸方向の成分が正である方向に入射光を入射して画像を得ることを、「Ｙ軸の正方向に観察」ということがある。更に、「Ｙ軸の正方向に観察」することによって得られた観察像と飽和像の差分画像が「前方から入射」画像として算出される。
【００３７】
更に、当該入射面の面内で入射方向を反転させて直線偏光の入射光ＩＩＮ４を試料に入射させて観察像及び飽和像が撮影される。ここで、図５では、入射光ＩＩＮ４は、入射面がＹ軸方向に平行であり（即ち、ＹＺ平面に平行であり）、且つ、入射光ＩＩＮ４の進行方向のＹ軸方向の成分が負であるように入射されている。以下では、ＹＺ平面に平行な入射面内でＹ軸方向の成分が負である方向に入射光を入射して画像を得ることを、「Ｙ軸の負方向に観察」ということがある。更に、「Ｙ軸の負方向に観察」することによって得られた観察像と飽和像の差分画像が「後方から入射」画像として算出される。ここで、「前方」「後方」は、単に、方向を区別するための意味合いしか持たないことに留意されたい。
【００３８】
「前方から入射」画像と「後方から入射」画像との差分画像が、Ｙ軸方向の磁化成分の画像であり、「前方から入射」画像と「後方から入射」画像との加算画像が、Ｚ軸方向の磁化成分の画像である。
【００３９】
この手法では、Ｚ軸方向の磁化成分の画像が２つ（ＸＺ平面に平行な入射面で入射光を入射して得られるＺ軸方向の磁化成分の画像と、ＹＺ平面に平行な入射面で入射光を入射して得られるＺ軸方向の磁化成分の画像）得られることになる。これらの画像の平均の画像を、最終的に得られるＺ軸方向の磁化成分の画像としてもよい。
【００４０】
図６Ａ〜図６Ｃは、４方向から入射光を入射することで得られる各方向の磁化成分の画像の例である。試料としては、方向性電磁鋼板が用いられている。ここで、図６Ａは、ＸＺ平面に平行な入射面において２方向から入射光を入射して得られた「左から入射」画像と「右から入射」画像との差分画像として得られたＸ軸方向の磁化成分の画像である。図６Ｂは、ＹＺ平面に平行な入射面において２方向から入射光を入射して得られた「前方から入射」画像と「後方から入射」画像との差分画像として得られたＹ軸方向の磁化成分の画像である。図６Ｃは、ＸＺ平面に平行な入射面において２方向から入射光を入射して得られた「左から入射」画像と「右から入射」画像との加算画像として得られたＺ軸方向の磁化成分の画像である。
【００４１】
（磁気特性測定装置の全体構成）
図７は、上述された磁気特性測定方法を実施するための磁気特性測定装置の構成の例を示す斜視図である。図７の磁気特性測定装置は、概略的には、入射光学系１と、落射光学系２と、検出光学系３と、演算装置４と、表示装置５と、４極電磁石装置６とを備えている。
【００４２】
入射光学系１は、試料Ｓに入射される直線偏光の入射光７を生成する機能を有している。具体的には、入射光学系１は、光源１１と、コンデンサレンズ１２と、開口絞り１３と、視野絞り１４と、コリメータレンズ１５と、ミラー１６と、可動ミラー１７と、リレーレンズ１８と、偏光子１９とを備えている。光源１１が発生した光は、コンデンサレンズ１２と、開口絞り１３と、視野絞り１４と、コリメータレンズ１５を介してミラー１６に入射され、更に、ミラー１６によって反射されて可動ミラー１７に入射される。可動ミラー１７は、ｘ軸及びｚ軸を中心として回転可能に構成されている。後述されるように、可動ミラー１７は、所望の入射方向において入射光７を試料Ｓに入射可能にするために重要な役割を果たす。可動ミラー１７によって反射された光は、リレーレンズ１８を介して偏光子１９に入射され、偏光子１９から出射された光が、入射光７として使用される。
【００４３】
落射光学系２は、入射光７を試料Ｓに所望の方向に入射し、更に、試料Ｓからの反射光８を検出光学系３に入射する機能を有している。より具体的には、落射光学系２は、スミスミラー２１と、ハーフミラー２２と、対物レンズ２３とを備えている。入射光学系１から入射した入射光７は、スミスミラー２１及びハーフミラー２２によって反射されて対物レンズ２３に入射される。対物レンズ２３は、入射光７を試料Ｓに入射し、また、試料Ｓからの反射光８を、ハーフミラー２２を介して、検出光学系３に入射する。上述の可動ミラー１７及びリレーレンズ１８の位置は、対物レンズ２３の前側焦点からリレーレンズ１８の主点までの光路長と、リレーレンズ１８の主点から可動ミラー１７までの光路長とが、いずれも、リレーレンズ１８の焦点距離と一致するように定められている。
【００４４】
検出光学系３は、検光子３１と、結像レンズ３２と、撮像装置３３とを備えている。反射光８は、検光子３１及び結像レンズ３２を介して撮像装置３３に入射される。撮像装置３３は、入射された反射光８の撮像画像を撮像素子（例えば、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子）によって撮像し、演算装置４に送る。撮像画像の各画素の輝度は、反射光８のスポットの各位置における光強度を示している。
【００４５】
４極電磁石装置６は、試料Ｓに磁界を所望の方向に印加する装置であり、４極電磁石６１〜６４と、バイポーラ電源６５、６６とを備えている。４極電磁石６１、６２は、試料Ｓに、Ｘ軸方向に磁界を印加する機能を有しており、バイポーラ電源６５によって駆動される。４極電磁石６３、６４は、試料Ｓに、Ｙ軸方向に磁界を印加する機能を有しており、バイポーラ電源６６によって駆動される。試料Ｓに印加される磁界の強度及び方向は、バイポーラ電源６５が４極電磁石６１、６２に供給する電流の大きさ、及び、バイポーラ電源６６が４極電磁石６３、６４に供給する電流の大きさによって制御される。
【００４６】
演算装置４は、当該磁気特性測定装置における演算処理や制御処理を行う。
第１に、演算装置４は、入射光学系１の可動ミラー１７の向きを制御して、試料Ｓへの入射光７の入射方向を制御する。図２に図示されている２方向からの入射光の入射、及び、図４に図示されている４方向からの入射光の入射は、可動ミラー１７の向きを制御することによって実現される。図８は、可動ミラー１７の向きの制御と、入射光７の入射方向の関係を示す図である。可動ミラー１７を、Ｚ軸に平行な中心軸の周りに回転させて所望の向きに向けることにより、光源１１によって発生された入射光７は、図８（ａ）に図示されているように、対物レンズ２３の胴付面の、対物レンズ２３の光軸からＸ軸方向にずれた位置に該光軸に平行に入射される。これにより、入射光７を、入射面をＸＺ平面に平行にしながら試料Ｓに斜めに入射することができる。一方、可動ミラー１７を、Ｘ軸に平行な中心軸の周りに回転させて所望の向きに向けることにより、光源１１によって発生された入射光７は、対物レンズ２３の胴付面の、対物レンズ２３の光軸からはＹ軸方向にずれた位置に該光軸に平行に入射される。これにより、入射光７を、入射面をＹＺ平面に平行にしながら試料Ｓに斜めに入射することができる。
【００４７】
第２に、演算装置４は、４極電磁石装置６のバイポーラ電源６５、６６から４極電磁石６１、６２、６３、６４に供給される電流を制御して、試料Ｓに印加される磁界の強度及び向きを制御する。図７の４極電磁石装置６の構成では、磁界を、試料Ｓの任意の面内方向（ＸＹ平面に平行な平面内の方向）に印加することができる。
【００４８】
第３に、演算装置４は、撮像装置３３によって撮像された反射光８の撮像画像に対して上述の磁気特性測定方法の演算処理を行い、面内磁化成分の画像、垂直磁化成分の画像を生成し、又は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向それぞれの磁化成分の画像を生成する。更に必要であれば、演算装置４は、後述の演算処理により、当該撮像画像から試料の各位置における磁化の方向及び／又は各方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の磁化成分の大きさを算出する。
【００４９】
加えて、演算装置４は、表示装置５に表示されるべき表示画像（例えば、面内磁化成分の画像及び垂直磁化成分の画像、又は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の磁化成分の画像）を生成する。表示装置５は、演算装置４から送られてきた表示画像を表示する。
【００５０】
（磁化方向の算出）
上述の磁気特性測定方法によって得られたＸ軸方向の磁化成分の画像の各画素の輝度データは、試料の対応する位置におけるＸ軸方向の磁化の大きさに対応している。同様に、Ｙ軸方向の磁化成分の画像の各画素の輝度データは、試料の対応する位置におけるＹ軸方向の磁化の大きさに対応しており、Ｚ軸方向の磁化成分（垂直磁化成分）の画像の各画素の輝度データは、試料の対応する位置におけるＺ軸方向の磁化の大きさに対応している。したがって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の磁化成分それぞれの画像の各画素の輝度データは、試料Ｓの各位置における３次元磁化方向、及び、磁化の大きさの情報を含んでいる。したがって、原理的には、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の磁化成分の画像の各画素の輝度データ（又は、当該輝度データの算出の元になったデータ）から、試料Ｓの各位置における３次元空間内での磁化方向の大きさを算出可能である。
【００５１】
詳細には、図９Ａから理解されるように、Ｘ軸方向の磁化成分Ｍｘの縦カー効果による偏光面の回転角θｘ、Ｙ軸方向の磁化成分Ｍｙの縦カー効果による偏光面の回転角θｙ、及び、垂直磁化成分（Ｚ軸方向の磁化成分）の極カー効果による偏光面の回転角θｚは、次のように表わされる：
θｘ＝ＫＬ・Ｍｘ・ｓｉｎθｉ，      ・・・（１ａ）
θｙ＝ＫＬ・Ｍｙ・ｓｉｎθｉ，      ・・・（１ｂ）
θｚ＝ＫＰ・Ｍｚ・ｃｏｓθｉ，      ・・・（１ｃ）
ここで、ＫＬは、縦カー効果のカー定数に依存する比例定数であり、ＫＰは、極カー効果のカー定数に依存する比例定数であり、θｉは入射角である。
【００５２】
よって、下記式が成り立つ：
Ｍｘ＝θｘ／（ＫＬ・ｓｉｎθｉ），      ・・・（２ａ）
Ｍｙ＝θｙ／（ＫＬ・ｓｉｎθｉ），      ・・・（２ｂ）
Ｍｚ＝θｚ／（ＫＰ・ｃｏｓθｉ），      ・・・（２ｃ）
偏光面の回転角θｘ、θｙ、θｚは画像の輝度データから得ることができるので、原理的には、試料Ｓの材料のカー定数、及び、入射角θｉが分かれば、式（２ａ）〜（２ｃ）から、試料Ｓの各位置におけるＸ軸方向の磁化成分Ｍｘ、Ｙ軸方向の磁化成分Ｍｙ、Ｚ軸方向の磁化成分Ｍｚを算出することができる。
【００５３】
一つの問題は、入射角θｉの正確な値の測定が困難な場合があることである。特に、大きな撮像画像を撮るために光源１１としてインコヒーレントな白色照明を用いる場合には、試料Ｓにおける位置に依存して入射角θｉが異なり、各位置における入射角θｉを正確に測定することは困難である。入射角θｉの正確な値が得られない場合、式（２ａ）〜（２ｃ）からＸ軸方向の磁化成分Ｍｘ、Ｙ軸方向の磁化成分Ｍｙ、Ｚ軸方向の磁化成分Ｍｚの算出を行うことはできない。
【００５４】
しかしながら、以下で議論されるように、入射角θｉを用いなくても試料Ｓの各位置における磁化方向は算出可能である。以下では、入射角θｉを用いず試料Ｓの各位置における磁化方向を算出する方法について議論する。
【００５５】
図９Ｂに図示されているように、強磁性体の試料Ｓにおいては、試料の各位置において、全磁化Ｍが特定方向に向いていると考えることができる。そして、試料Ｓの特定位置におけるＸ軸方向の磁化成分と全磁化Ｍの比Ｍｘ／Ｍは、強磁性体の試料ＳのＸ軸方向の磁化成分の観察像の輝度データと、Ｘ軸方向に試料Ｓを飽和させた場合の飽和像の輝度データから算出することができる。同様に、試料Ｓの特定位置におけるＹ軸方向の磁化成分と全磁化Ｍの比Ｍｙ／Ｍは、強磁性体の試料ＳのＹ軸方向の磁化成分の観察像の輝度データと、Ｙ軸方向に試料Ｓを飽和させた場合の飽和像の輝度データから算出することができ、試料Ｓの特定位置におけるＺ軸方向の磁化成分と全磁化Ｍの比Ｍｙ／Ｍは、強磁性体の試料ＳのＺ軸方向の磁化成分の観察像の輝度データと、Ｚ軸方向に試料Ｓを飽和させた場合の飽和像の輝度データから算出することができる。Ｍｘ／Ｍ、Ｍｙ／Ｍ、Ｍｚ／Ｍは、試料Ｓの磁化方向の方向ベクトルの方向余弦であるから、観察像と飽和像とからＭｘ／Ｍ、Ｍｙ／Ｍ、Ｍｚ／Ｍを算出できれば、試料Ｓの各位置の磁化方向を算出できたことになる。
【００５６】
このような手法の一つの問題は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の全てについて試料Ｓの磁化を飽和させることが困難な場合があることである。第１に、板厚が薄い材料では、反磁界が大きいので、Ｚ軸方向に磁化を飽和させることが困難になる。加えて、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向のそれぞれについて大きな磁界を発生可能な電磁石装置は、実際上、作製困難であることである。例えば、図７に図示されている４極電磁石装置６は、ＸＹ平面内の方向には大きな磁界を生成可能であるが、Ｚ軸方向に磁界を生成することはできない。これは、測定によって比Ｍｚ／Ｍを得ることが困難であることを意味している。
【００５７】
そこで、本実施形態では、Ｘ軸方向の磁化成分Ｍｘ、Ｙ軸方向の磁化成分Ｍｙ、及び、Ｚ軸方向の磁化成分Ｍｚについて下記式（４）が成立する：
【数１】
2013205400.tif 000003
ことに着目し、Ｍｘ／Ｍ、Ｍｙ／Ｍを測定結果から得る一方で、Ｍｚ／Ｍを式（４）から算出するアプローチを用いる。
【００５８】
図１０は、本実施形態における、Ｘ軸方向の磁化成分の画像、Ｙ軸方向の磁化成分の画像、Ｚ軸方向の磁化成分の画像、及び、（入射角θｉが不明な状況において）試料Ｓの各位置における磁化方向を得る手順を示すフローチャートである。
【００５９】
ステップＳ０１：
まず、基準データ、即ち、試料Ｓを飽和させるような磁界（飽和磁界）を印加した場合の画像（飽和磁界印加画像）の取得が行われる。図１１は、ステップＳ０１における飽和磁界印加画像の取得の詳細を示すフローチャートである。
【００６０】
まず、Ｘ軸の正方向に観察することによって飽和磁界印加画像ＸＦＰＳ、ＸＦＭＳが取得される（ステップＳ１１）。ここで、上述されているように、「Ｘ軸の正方向に観察」とは、ＸＺ平面に平行な面内にあり、且つ、Ｘ軸の正方向の成分を含む入射方向に入射光（図２では、入射光ＩＩＮ１）を入射して撮像画像を得ることを意味している。ここで、飽和磁界印加画像ＸＦＰＳは、４極電磁石装置６によって試料Ｓを飽和させる磁界をＸ軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、飽和磁界印加画像ＸＦＭＳは、４極電磁石装置６によって試料Ｓを飽和させる磁界をＸ軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。
【００６１】
更に、Ｘ軸の負方向に観察することによって飽和磁界印加画像ＸＲＰＳ、ＸＲＭＳが取得される（ステップＳ１２）。ここで、上述されているように、「Ｘ軸の負方向に観察」とは、ＸＺ平面に平行な面内にあり、且つ、Ｘ軸の負方向の成分を含む入射方向に入射光（図２では、入射光ＩＩＮ２）を入射して撮像画像を得ることを意味している。ここで、飽和磁界印加画像ＸＲＰＳは、試料Ｓを飽和させる磁界を４極電磁石装置６によってＸ軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、飽和磁界印加画像ＸＲＭＳは、試料Ｓを飽和させる磁界をＸ軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。
【００６２】
更に、Ｙ軸の正方向に観察することによって飽和磁界印加画像ＹＦＰＳ、ＹＦＭＳが取得される（ステップＳ１３）。ここで、「Ｙ軸の正方向に観察」とは、ＹＺ平面に平行な面内にあり、且つ、Ｙ軸の正方向の成分を含む入射方向に入射光を入射して撮像画像を得ることを意味している。また、飽和磁界印加画像ＹＦＰＳは、試料Ｓを飽和させる磁界を４極電磁石装置６によってＹ軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、飽和磁界印加画像ＹＦＭＳは、試料Ｓを飽和させる磁界をＹ軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。
【００６３】
更に、Ｙ軸の負方向に観察することによって飽和磁界印加画像ＹＲＰＳ、ＹＲＭＳが取得される（ステップＳ１４）。ここで、「Ｙ軸の負方向に観察」とは、ＹＺ平面に平行な面内にあり、且つ、Ｙ軸の負方向の成分を含む入射方向に入射光を入射して撮像画像を得ることを意味している。また、飽和磁界印加画像ＹＲＰＳは、試料Ｓを飽和させる磁界を４極電磁石装置６によってＹ軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、飽和磁界印加画像ＹＲＭＳは、試料Ｓを飽和させる磁界をＹ軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。
【００６４】
なお、ステップＳ１１〜Ｓ１４が実行される順序は任意である。
【００６５】
ステップＳ０２：
図１０を再度に参照して、ステップＳ０１の後、観察画像データ、即ち、試料Ｓに観察対象の磁界を印加した場合の画像の取得が行われる。図１２は、ステップＳ０２における観察画像データの取得の詳細を示すフローチャートである。まず、観察対象の磁界を印加した状態でＸ軸の正方向に観察することによってＸ方向観察画像ＸＦが取得される（ステップＳ２１）。更に、観察対象の磁界を印加した状態でＸ軸の負方向に観察することによってＸ方向観察画像ＸＲが取得される（ステップＳ２２）。更に、観察対象の磁界を印加した状態でＹ軸の正方向に観察することによってＹ方向観察画像ＹＦが取得される（ステップＳ２３）。更に、観察対象の磁界を印加した状態でＹ軸の負方向に観察することによってＹ方向観察画像ＹＲが取得される（ステップＳ２４）。なお、ステップＳ２１〜Ｓ２４が実行される順序は任意である。なお、上記ステップＳ２１〜Ｓ２４において、観察対象の磁界は、０であってもよい。
【００６６】
なお、本実施形態では、基準データの取得（ステップＳ０１）の後に観察画像データの取得（ステップＳ０２）が行われているが、順序は逆でもよい。
【００６７】
ステップＳ０３：
図１０を再度に参照して、ステップＳ０１、Ｓ０２の後、次の４つの画像：Ｘ方向成分画像Ｘ（Ｘ軸方向の磁化成分の画像）、Ｙ方向成分画像Ｙ（Ｙ軸方向の磁化成分の画像）、Ｘ軸方向の観察から得られたＺ方向成分画像Ｚｘ（Ｚ軸方向の磁化成分の画像）、及び、Ｙ軸方向の観察から得られたＺ方向成分画像Ｚｙが演算処理によって算出される。
【００６８】
図１３はＸ方向成分画像Ｘを算出する演算処理を示す図であり、図１４はＹ方向成分画像Ｙを算出する演算処理を示す図であり、図１５Ａは、Ｘ方向の観察から得られた撮像画像からＺ方向成分画像を算出する演算処理を示す図であり、図１５Ｂは、Ｙ方向の観察から得られた撮像画像からＺ方向成分画像を算出する演算処理を示す図である。
【００６９】
図１３に図示されているように、「Ｘ軸の正方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＦと飽和磁界印加画像ＸＦＰＳとの差分画像（「左から入射」画像に相当）が算出され、更に、「Ｘ軸の負方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＲと飽和磁界印加画像ＸＲＰＳとの差分画像（「右から入射」画像に相当）が算出される。更に、これら２つの差分画像ＸＦ−ＸＦＰＳ、ＸＲ−ＸＲＰＳの差分画像（ＸＦ−ＸＦＰＳ）−（ＸＲ−ＸＲＰＳ）が、Ｘ方向成分画像Ｘとして算出される。
【００７０】
同様に、図１４に図示されているように、「Ｙ軸の正方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＦと飽和磁界印加画像ＹＦＰＳとの差分画像（「前方から入射」画像に相当）が算出され、更に、「Ｙ軸の負方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＲと飽和磁界印加画像ＹＲＰＳとの差分画像（「後方から入射」画像に相当）が算出される。更に、これら２つの差分画像ＹＦ−ＹＦＰＳ、ＹＲ−ＹＲＰＳの差分画像（ＹＦ−ＹＦＰＳ）−（ＹＲ−ＹＲＰＳ）が、Ｙ方向成分画像Ｙとして算出される。
【００７１】
更に、図１５Ａに図示されているように、「Ｘ軸の正方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＦと飽和磁界印加画像ＸＦＰＳとの差分画像ＸＦ−ＸＦＰＳ（「左から入射」画像に相当）と、「Ｘ軸の負方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＲと飽和磁界印加画像ＸＲＰＳとの差分画像ＸＲ−ＸＲＰＳ（「右から入射」画像に相当）との加算画像（ＸＦ−ＸＦＰＳ）＋（ＸＲ−ＸＲＰＳ）が、Ｚ方向成分画像Ｚｘとして算出される。
【００７２】
更に、図１５Ｂに図示されているように、「Ｙ軸の正方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＦと飽和磁界印加画像ＹＦＰＳとの差分画像ＹＦ−ＹＦＰＳ（「前方から入射」画像に相当）と、「Ｙ軸の負方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＲと飽和磁界印加画像ＹＲＰＳとの差分画像ＹＲ−ＹＲＰＳ（「後方から入射」画像に相当）との加算画像（ＹＦ−ＹＦＰＳ）＋（ＹＲ−ＹＲＰＳ）が、Ｚ方向成分画像Ｚｙとして算出される。
【００７３】
また、これら２つのＺ方向成分画像Ｚｘ、Ｚｙの平均の画像（Ｚｘ＋Ｚｙ）／２が平均化Ｚ方向成分画像Ｚａｖｇとして算出される。
【００７４】
以上をまとめると、Ｘ方向成分画像Ｘ、Ｙ方向成分画像Ｙ、Ｚ方向成分画像Ｚｘ、Ｚｙ、平均化Ｚ方向成分画像Ｚａｖｇは、下記式で表わされる：
Ｘ＝（ＸＦ−ＸＦＰＳ）−（ＸＲ−ＸＲＰＳ）    ・・・（５ａ）
Ｙ＝（ＹＦ−ＹＦＰＳ）−（ＹＲ−ＹＲＰＳ）    ・・・（５ｂ）
Ｚｘ＝（ＸＦ−ＸＦＰＳ）＋（ＸＲ−ＸＲＰＳ）    ・・・（５ｃ）
Ｚｙ＝（ＹＦ−ＹＦＰＳ）＋（ＹＲ−ＹＲＰＳ）    ・・・（５ｄ）
Ｚａｖｇ＝（Ｚｘ＋Ｚｙ）／２                  ・・・（５ｅ）
【００７５】
上記の演算処理によるＸ方向成分画像Ｘの算出では、飽和像として、Ｘ軸の正方向に磁界を印加して試料Ｓを飽和させた状態で得られた飽和磁界印加画像ＸＦＰＳ及び飽和磁界印加画像ＸＲＰＳのみが使用されているが、これらに加えて、Ｘ軸の負方向に磁界を印加して試料Ｓを飽和させた状態で得られた飽和磁界印加画像ＸＦＭＳ及び飽和磁界印加画像ＸＦＭＳを使用してもよい。この場合、「Ｘ軸の正方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＦと、飽和磁界印加画像ＸＦＰＳと飽和磁界印加画像ＸＦＭＳの平均画像との差分画像ＸＦ−（ＸＦＰＳ＋ＸＦＭＳ）／２が算出される。同様に、「Ｘ軸の負方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＲと、飽和磁界印加画像ＸＲＰＳと飽和磁界印加画像ＸＲＭＳの平均画像との差分画像ＸＲ−（ＸＲＰＳ＋ＸＲＭＳ）／２が算出される。更に、これら２つの差分画像の差分画像｛ＸＦ−（ＸＦＰＳ＋ＸＦＭＳ）／２｝−｛ＸＲ−（ＸＲＰＳ＋ＸＲＭＳ）／２｝が、Ｘ方向成分画像Ｘとして算出される。
【００７６】
同様に、Ｙ方向成分画像Ｙの算出において、Ｙ軸の正方向に磁界を印加して試料Ｓを飽和させた状態で得られた飽和磁界印加画像ＹＦＰＳ、飽和磁界印加画像ＹＲＰＳに加え、Ｙ軸の負方向に磁界を印加して試料Ｓを飽和させた状態で得られた飽和磁界印加画像ＹＦＭＳ、飽和磁界印加画像ＹＲＭＳを使用してもよい。この場合、「Ｙ軸の正方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＦと、飽和磁界印加画像ＹＦＰＳと飽和磁界印加画像ＹＦＭＳの平均画像との差分画像ＹＦ−（ＹＦＰＳ＋ＹＦＭＳ）／２が算出される。同様に、「Ｙ軸の負方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＲと、飽和磁界印加画像ＹＲＰＳと飽和磁界印加画像ＹＲＭＳの平均画像との差分画像ＹＲ−（ＹＲＰＳ＋ＹＲＭＳ）／２が算出される。更に、これら２つの差分画像の差分画像｛ＹＦ−（ＹＦＰＳ＋ＹＦＭＳ）／２｝−｛ＹＲ−（ＹＲＰＳ＋ＹＲＭＳ）／２｝が、Ｙ方向成分画像Ｙとして算出される。
【００７７】
この場合、Ｚ方向成分画像Ｚｘは、加算画像｛ＸＦ−（ＸＦＰＳ＋ＸＦＭＳ）／２｝＋｛ＸＲ−（ＸＲＰＳ＋ＸＲＭＳ）／２｝として算出され、Ｚ方向成分画像Ｚｙは、加算画像｛ＹＦ−（ＹＦＰＳ＋ＹＦＭＳ）／２｝＋｛ＹＲ−（ＹＲＰＳ＋ＹＲＭＳ）／２｝として算出される。また、これら２つのＺ方向成分画像Ｚｘ、Ｚｙの平均の画像（Ｚｘ＋Ｚｙ）／２が平均化Ｚ方向成分画像Ｚａｖｇとして算出される。
【００７８】
以上をまとめると、Ｘ方向成分画像Ｘ、Ｙ方向成分画像Ｙ、Ｚ方向成分画像Ｚｘ、Ｚｙ、平均化Ｚ方向成分画像Ｚａｖｇは、下記式で算出してもよい：
Ｘ＝｛ＸＦ−（ＸＦＰＳ＋ＸＦＭＳ）／２｝−｛ＸＲ−（ＸＲＰＳ＋ＸＲＭＳ）／２｝
・・・（６ａ）
Ｙ＝｛ＹＦ−（ＹＦＰＳ＋ＹＦＭＳ）／２｝−｛ＹＲ−（ＹＲＰＳ＋ＹＲＭＳ）／２｝
・・・（６ｂ）
Ｚｘ＝｛ＸＦ−（ＸＦＰＳ＋ＸＦＭＳ）／２｝＋｛ＸＲ−（ＸＲＰＳ＋ＸＲＭＳ）／２｝
・・・（６ｃ）
Ｚｙ＝｛ＹＦ−（ＹＦＰＳ＋ＹＦＭＳ）／２｝＋｛ＹＲ−（ＹＲＰＳ＋ＹＲＭＳ）／２｝
・・・（６ｄ）
Ｚａｖｇ＝（Ｚｘ＋Ｚｙ）／２                  ・・・（６ｅ）
【００７９】
算出されたＸ方向成分画像Ｘ、Ｙ方向成分画像Ｙ、Ｚ方向成分画像Ｚｘ、Ｚｙ、平均化Ｚ方向成分画像Ｚａｖｇを表示装置５で表示することで、試料Ｓの磁化状態を視覚的に観察することができる。
【００８０】
ステップＳ０４：
更に、図１０に示されているように、試料Ｓの各位置における磁化方向が算出される。試料Ｓの各位置における磁化方向の算出においては、Ｘ軸方向の磁化成分の画像の輝度データを試料Ｓを飽和させた場合の輝度データで規格化することでＸ規格化データｘＮＲＭが算出され、更に、Ｙ軸方向の磁化成分の画像の輝度データを試料Ｓを飽和させた場合の輝度データで規格化することでＹ規格化データｙＮＲＭが算出される。具体的には、Ｘ規格化データｘＮＲＭ、Ｙ規格化データｙＮＲＭは、次式で算出される：
【数２】
2013205400.tif 000004
ここで、ＡＢＳは、絶対値を示している。
【００８１】
図１６は、式（７ａ）、（７ｂ）によって得られたＸ規格化データｘＮＲＭ、Ｙ規格化データｙＮＲＭが、式（４）のＭｘ／Ｍ、Ｍｙ／Ｍに相当する値であることを説明する図である。式（７ａ）の導出においては、「Ｘ軸の正方向に観察」及び「Ｘ軸の負方向に観察」によって得られた画像の輝度がＭｘ／Ｍに対して線形に変化するという近似がなされている。この近似は、Ｍｘ／Ｍに対して偏光面の回転角は概ね線形に変化し、また、画像の輝度データが偏光面の回転角に概ね線形に変化することに依拠している。Ｘ軸の正方向に試料を飽和させる磁界を印加したときの「Ｘ軸の正方向に観察」から得られた飽和磁界印加画像ＸＦＰＳは、Ｍｘ／Ｍ＝１．０の場合の画像であり、Ｘ軸の負方向に試料を飽和させる磁界を印加したときの「Ｘ軸の正方向に観察」から得られた飽和磁界印加画像ＸＦＭＳは、Ｍｘ／Ｍ＝−１．０の場合の画像と考えてよいから、「Ｘ軸の正方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＦの輝度データの値に対応するＭｘ／Ｍの値（Ｍｘ／Ｍ）Ｆは、下記式（７ｃ）で与えられる：
【数３】
2013205400.tif 000005
【００８２】
同様に、Ｘ軸の正方向に試料を飽和させる磁界を印加したときの「Ｘ軸の負方向に観察」から得られた飽和磁界印加画像ＸＲＰＳは、Ｍｘ／Ｍ＝１．０の場合の画像であり、Ｘ軸の負方向に試料を飽和させる磁界を印加したときの「Ｘ軸の負方向に観察」から得られた飽和磁界印加画像ＸＲＭＳは、Ｍｘ／Ｍ＝−１．０の場合の画像と考えてよいから、「Ｘ軸の負方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＲの輝度データの値にＭｘ／Ｍの値（Ｍｘ／Ｍ）Ｒは、下記式（７ｄ）で与えられる：
【数４】
2013205400.tif 000006
【００８３】
Ｘ規格化データｘＮＲＭは、式（７ｃ）で得られる（Ｍｘ／Ｍ）Ｆと式（７ｄ）で得られる（Ｍｘ／Ｍ）Ｒの平均値として算出されている。
【００８４】
同様に、Ｙ規格化データｙＮＲＭは、「Ｙ軸の正方向に観察」「Ｙ軸の負方向に観察」によって得られた画像の輝度がＭｙ／Ｍに対して線形に変化するという近似に基づいて次式（７ｅ）、（７ｆ）で得られる（Ｍｙ／Ｍ）Ｆ、（Ｍｙ／Ｍ）Ｒの平均値として算出されている：
【数５】
2013205400.tif 000007
【数６】
2013205400.tif 000008
【００８５】
更に、Ｚ規格化データｚＮＲＭが、上記の式（４）に対応する次式（８）：
【数７】
2013205400.tif 000009
によって算出される。Ｘ規格化データｘＮＲＭ、Ｙ規格化データｙＮＲＭが、それぞれ、式（４）のＭｘ／Ｍ、Ｍｙ／Ｍに相当する値であるから、Ｚ規格化データｚＮＲＭは、Ｍｚ／Ｍに相当する値である。式（８）で得られるＺ規格化データｚＮＲＭには正負の不定性があるが、Ｚ規格化データｚＮＲＭの正負は、Ｚ軸方向の磁化成分の画像の明暗から判別することができる。
【００８６】
以上の演算により、試料Ｓの各位置の磁化方向の単位ベクトルＭＮＲＭが、下記式：
ＭＮＲＭ＝（ｘＮＲＭ，ｙＮＲＭ，ｚＮＲＭ）          ・・・（９）
として得られたことになる。
【００８７】
（ファラデー媒体を用いた磁気転写）
上述された磁化方向の算出においては、磁性体の磁化によって発現するカー効果による偏光面の回転が利用されているが、ファラデー効果を発現する媒体（ファラデー媒体）を用いた磁気転写を行うことにより、当該媒体の位置における磁界のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸方向成分の画像を生成し、又は、Ｘ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸方向成分の値をそれぞれに算出することができる。
【００８８】
図１７Ａは、ファラデー媒体７１を用いた磁気転写を説明する図であり、図１７Ｂは、ファラデー媒体７１の構造の例を示す斜視図である。図１７Ｂに図示されているように、ファラデー媒体７１は、ファラデー効果を示すファラデーガラス７２（例えば、ＦＲ−５ファラデーガラス）と、ファラデーガラス７２に形成された反射膜７３とを備えている。ファラデーガラス７２の代わりに、Ｂｉ：ＹＩＧ薄膜が表面に形成された透明基板を用いてもよい。この場合には、
【００８９】
ある磁界発生源８０（例えばコイル）が発生する空間磁界を測定したい場合、磁界を測定したい空間領域にこのファラデー媒体７１が配置される。そして、図１７Ａに示されているように、ファラデー媒体７１に対し、上述された４つの観察：「Ｘ軸の正方向に観察」「Ｘ軸の負方向に観察」「Ｙ軸の正方向に観察」及び「Ｙ軸の負方向に観察」が行われる。入射光は、ファラデーガラス７２の反射膜７３が形成されている面と反対側の面に入射される。「Ｘ軸の正方向に観察」「Ｘ軸の負方向に観察」「Ｙ軸の正方向に観察」及び「Ｙ軸の負方向に観察」は、例えば、図７に図示されている磁気特性測定装置によって行われる。
【００９０】
「Ｘ軸の正方向に観察」して得られた画像ＸＦと「Ｘ軸の負方向に観察」して得られた画像ＸＲの差分画像ＸＦ−ＸＲは、磁界のＸ軸方向成分の画像であり、画像ＸＦ、ＸＲの加算画像ＸＦ＋ＸＲは、磁界のＺ軸方向成分の画像である。同様に、「Ｙ軸の正方向に観察」して得られた画像ＹＦと「Ｘ軸の負方向に観察」して得られた画像ＹＲの差分画像ＹＦ−ＹＲは、磁界のＹ軸方向成分の画像であり、画像ＹＦ、ＹＲの加算画像ＹＦ＋ＹＲは、磁界のＺ軸方向成分の画像である。このような手法では、磁界のＺ軸方向成分の画像が２つ得られる。ただし、最終的な磁界のＺ軸方向成分の画像として、上記の加算画像ＸＦ＋ＸＲ、加算画像ＹＦ＋ＹＲの平均画像｛（ＸＦ＋ＸＲ）＋（ＹＦ＋ＹＲ）｝／２を用いてもよい。
【００９１】
上述の磁界測定方法によって得られたＸ軸方向成分の画像の各画素の輝度データは、ファラデー媒体７１の対応する位置におけるＸ軸方向の磁界の大きさに対応している。同様に、Ｙ軸方向成分の画像の各画素の輝度データは、ファラデー媒体７１の対応する位置におけるＹ軸方向の磁界の大きさに対応しており、Ｚ軸方向成分の画像の各画素の輝度データは、ファラデー媒体７１の対応する位置におけるＺ軸方向の磁界の大きさに対応している。したがって、原理的には、Ｘ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、及び、Ｚ軸方向成分の画像の各画素の輝度データ（又は、当該輝度データの算出の元になったデータ）から、ファラデー媒体７１の各位置における磁界のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、及び、Ｚ軸方向成分の大きさを算出可能である。
【００９２】
一つの問題は、磁界のＺ軸方向成分Ｈｚの実際の大きさと、Ｚ軸方向成分Ｈｚの画像の各画素の輝度データとの間の対応関係と、磁界のＸ軸方向成分Ｈｘ、Ｙ軸方向成分Ｈｙの実際の大きさと、Ｘ軸方向成分Ｈｘ、Ｙ軸方向成分Ｈｙの画像の各画素の輝度データとの間の対応関係とが相違している点である。例えば、磁界のＺ軸方向成分Ｈｚの画像の特定画素の輝度データの値と、磁界のＸ軸方向成分Ｈｘの画像の当該特定画素の輝度データの値とが同一であっても、Ｚ軸方向成分Ｈｚの大きさと、Ｘ軸方向成分Ｈｘの大きさとは同一とは限らない。同様に、磁界のＺ軸方向成分Ｈｚの画像の特定画素の輝度データの値と、磁界のＹ軸方向成分Ｈｙの画像の当該特定画素の輝度データの値とが同一であっても、Ｚ軸方向成分Ｈｚの大きさと、Ｙ軸方向成分Ｈｙの大きさとは同一とは限らない。
【００９３】
そこで、本実施形態では、単位磁界に対するＸ軸方向成分又はＹ軸方向成分の画像の輝度データと単位磁界に対するＺ軸方向成分の画像の輝度データとの対応関係を表わす校正係数ｋを用いて、特定位置の磁界の各方向の成分が算出される。以下では、校正係数ｋを求め、更に、その校正係数ｋを用いて磁界のＸ軸方向成分Ｈｘ、Ｙ軸方向成分Ｈｙ、Ｚ軸方向成分Ｈｚを算出する手法について説明する。
【００９４】
図１８は、磁界のＸ軸方向成分Ｈｘ、Ｙ軸方向成分Ｈｙ、Ｚ軸方向成分Ｈｚを算出する手順を示すフローチャートである。
【００９５】
ステップＳ３０：
まず、校正係数ｋの算出が行われる。校正係数ｋは、事前に、強磁性体で形成された標準試料を用いて算出される。詳細には、まず、当該標準試料に対して、上述された手順（図１０のステップＳ０１〜Ｓ０４）により、Ｘ軸方向の磁化成分、Ｙ軸方向の磁化成分及びＺ軸方向の磁化成分の画像を得る工程、及び、標準試料の各位置の磁化方向が算出される。上述のように、標準試料の各位置のＸ規格化データｘＮＲＭ、Ｙ規格化データｙＮＲＭは、上記の式（７ａ）、（７ｂ）で算出され、Ｚ規格化データｚＮＲＭは、上記の式（８）で算出される。また、Ｘ軸方向（正方向、負方向）に観察して得られたＺ軸方向の磁化成分の画像Ｚｘ、Ｙ軸方向（正方向、負方向）に観察して得られたＺ軸方向の磁化成分の画像Ｚｙは、及び、平均化されたＺ軸方向の磁化成分の画像Ｚａｖｇは、式（５ｃ）〜（５ｅ）又は、式（６ａ）〜（６ｅ）で表わされる。
【００９６】
各位置の校正係数ｋは、当該位置のＺ規格化データｚＮＲＭ及びＺ軸方向の磁化成分の画像の輝度データＺａｖｇを用いて、下記式（１０）：
ｋ＝ｚＮＲＭ／Ｚａｖｇ        ・・・（１０）
で算出される。ここで、ｚＮＲＭは、標準試料のＸ軸方向の磁化成分の画像、及び、Ｙ軸方向の磁化成分の画像から得られる値であり、Ｚａｖｇは、標準試料のＺ軸方向の磁化成分の画像から得られる値であるから、単位磁界に対するＸ軸方向成分又はＹ軸方向成分の画像の輝度データと単位磁界に対するＺ軸方向成分の画像の輝度データとの対応関係を表わすことになる。上記の校正係数ｋは、装置依存のパラメータであり、材料が異なっても、同一位置に置かれた試料については、同一の校正係数ｋを用いることができることに留意されたい。
【００９７】
ステップＳ３１：
次に、磁界を測定したい位置にファラデー媒体７１を配置し、更に、当該ファラデー媒体７１に、規定磁界ＨＮＲＭを印加した場合の画像（規定磁界印加画像）の取得が行われる。本実施形態では、規定磁界ＨＮＲＭが１．０ｋＯｅであるとして説明を行う。なお、規定磁界ＨＮＲＭの大きさは、適宜に調節可能である。図１９は、ステップＳ３１における規定磁界印加画像の取得の詳細を示すフローチャートである。
【００９８】
まず、Ｘ軸の正方向に観察することによって規定磁界印加画像ＸＦ＋１ｋ、ＸＦ−１ｋが取得される（ステップＳ４１）。ここで、上述されているように、「Ｘ軸の正方向に観察」とは、ＸＺ平面に平行な面内にあり、且つ、Ｘ軸の正方向の成分を含む入射方向に入射光（図２では、入射光ＩＩＮ１）を入射して撮像画像を得ることを意味している。ここで、規定磁界印加画像ＸＦ＋１Ｋは、４極電磁石装置６によって規定磁界ＨＮＲＭをファラデー媒体７１にＸ軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、規定磁界印加画像ＸＦ−１Ｋは、規定磁界ＨＮＲＭをＸ軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。
【００９９】
更に、Ｘ軸の負方向に観察することによって規定磁界印加画像ＸＲ＋１Ｋ、ＸＲ−１Ｋが取得される（ステップＳ４２）。ここで、上述されているように、「Ｘ軸の負方向に観察」とは、ＸＺ平面に平行な面内にあり、且つ、Ｘ軸の負方向の成分を含む入射方向に入射光（図２では、入射光ＩＩＮ２）を入射して撮像画像を得ることを意味している。ここで、規定磁界印加画像ＸＲ＋１Ｋは、規定磁界ＨＮＲＭを４極電磁石装置６によってＸ軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、規定磁界印加画像ＸＲ−１Ｋは、規定磁界ＨＮＲＭをＸ軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。
【０１００】
更に、Ｙ軸の正方向に観察することによって規定磁界印加画像ＹＦ＋１Ｋ、ＹＦ−１Ｋが取得される（ステップＳ４３）。ここで、「Ｙ軸の正方向に観察」とは、ＹＺ平面に平行な面内にあり、且つ、Ｙ軸の正方向の成分を含む入射方向に入射光を入射して撮像画像を得ることを意味している。また、規定磁界印加画像ＹＦ＋１Ｋは、規定磁界ＨＮＲＭを４極電磁石装置６によってＹ軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、規定磁界印加画像ＹＦ−１Ｋは、規定磁界ＨＮＲＭをＹ軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。
【０１０１】
更に、Ｙ軸の負方向に観察することによって規定磁界印加画像ＹＲ＋１Ｋ、ＹＲ−１Ｋが取得される（ステップＳ４４）。ここで、「Ｙ軸の負方向に観察」とは、ＹＺ平面に平行な面内にあり、且つ、Ｙ軸の負方向の成分を含む入射方向に入射光を入射して撮像画像を得ることを意味している。また、規定磁界印加画像ＹＲ＋１Ｋは、規定磁界ＨＮＲＭを４極電磁石装置６によってＹ軸の正方向に印加した状態で取得された撮像画像であり、規定磁界印加画像ＹＲ−１Ｋは、規定磁界ＨＮＲＭをＹ軸の負方向に印加した状態で取得された撮像画像である。
【０１０２】
なお、ステップＳ４１〜Ｓ４４が実行される順序は任意である。
【０１０３】
ステップＳ３２：
図１８を再度に参照して、ステップＳ３１の後、観察画像データ、即ち、ファラデー媒体７１に観察対象の磁界を印加した場合の画像の取得が行われる（ステップＳ３２）。図２０は、ステップＳ３２における観察画像データの取得の詳細を示すフローチャートである。まず、観察対象の磁界を印加した状態でＸ軸の正方向に観察することによってＸ方向観察画像ＸＦＭが取得される（ステップＳ５１）。更に、観察対象の磁界を印加した状態でＸ軸の負方向に観察することによってＸ方向観察画像ＸＲＭが取得される（ステップＳ５２）。更に、観察対象の磁界を印加した状態でＹ軸の正方向に観察することによってＹ方向観察画像ＹＦＭが取得される（ステップＳ５３）。更に、観察対象の磁界を印加した状態でＹ軸の負方向に観察することによってＹ方向観察画像ＹＲＭが取得される（ステップＳ５４）。なお、ステップＳ５１〜Ｓ５４が実行される順序は任意である。
【０１０４】
なお、本実施形態では、基準データの取得（ステップＳ３１）の後に観察画像データの取得（ステップＳ３２）が行われているが、順序は逆でもよい。
【０１０５】
ステップＳ３３：
図１８を再度に参照して、ステップＳ３１、Ｓ３２の後、次の４つの画像：Ｘ方向成分画像ＸＭ（磁界のＸ軸方向成分の画像）、Ｙ方向成分画像ＹＭ（磁界のＸ軸方向成分の画像）、Ｘ軸方向の観察から得られたＺ方向成分画像ＺＭｘ（磁界のＺ軸方向成分の画像）、及び、Ｙ軸方向の観察から得られたＺ方向成分画像ＺＭｙが演算処理によって算出される（ステップＳ３３）。
【０１０６】
図２１はＸ方向成分画像ＸＭを算出する演算処理を示す図であり、図２２はＹ方向成分画像ＹＭを算出する演算処理を示す図であり、図２３Ａは、Ｘ方向の観察から得られた撮像画像からＺ方向成分画像ＺＭｘを算出する演算処理を示す図であり、図２３Ｂは、Ｙ方向の観察から得られた撮像画像からＺ方向成分画像ＺＭｙを算出する演算処理を示す図である。
【０１０７】
図２１に図示されているように、「Ｘ軸の正方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＦＭと規定磁界印加画像ＸＦ＋１Ｋとの差分画像（「左から入射」画像に相当）が算出され、更に、「Ｘ軸の負方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＲＭと規定磁界印加画像ＸＲ＋１Ｋとの差分画像（「右から入射」画像に相当）が算出される。更に、これら２つの差分画像の差分画像（ＸＦＭ−ＸＦ＋１Ｋ）−（ＸＲＭ−ＸＲ＋１Ｋ）が、Ｘ方向成分画像ＸＭとして算出される。
【０１０８】
同様に、図２２に図示されているように、「Ｙ軸の正方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＦＭと規定磁界印加画像ＹＦ＋１Ｋとの差分画像（「前方から入射」画像に相当）が算出され、更に、「Ｙ軸の負方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＲＭと規定磁界印加画像ＹＲ＋１Ｋとの差分画像（「後方から入射」画像に相当）が算出される。更に、これら２つの差分画像の差分画像（ＹＦＭ−ＹＦ＋１Ｋ）−（ＹＲＭ−ＹＲ＋１Ｋ）が、Ｙ方向成分画像ＹＭとして算出される。
【０１０９】
更に、図２３Ａに図示されているように、「Ｘ軸の正方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＦＭと規定磁界印加画像ＸＦ＋１Ｋとの差分画像ＸＦＭ−ＸＦ＋１Ｋ（「左から入射」画像に相当）と、「Ｘ軸の負方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＲＭと規定磁界印加画像ＸＲ＋１Ｋとの差分画像ＸＲＭ−ＸＲ＋１Ｋ（「右から入射」画像に相当）との加算画像（ＸＦＭ−ＸＦ＋１Ｋ）＋（ＸＲＭ−ＸＲ＋１Ｋ）が、Ｚ方向成分画像ＺＭｘとして算出される。
【０１１０】
更に、図２３Ｂに図示されているように、「Ｙ軸の正方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＦＭと規定磁界印加画像ＹＦ＋１Ｋとの差分画像ＹＦＭ−ＹＦ＋１Ｋ（「前方から入射」画像に相当）と、「Ｙ軸の負方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＲＭと規定磁界印加画像ＹＲ＋１Ｋとの差分画像ＹＲＭ−ＹＲ＋１Ｋ（「後方から入射」画像に相当）との加算画像（ＹＦＭ−ＹＦ＋１Ｋ）＋（ＹＲＭ−ＹＲ＋１Ｋ）が、Ｚ方向成分画像ＺＭｙとして算出される。
【０１１１】
また、これら２つのＺ方向成分画像ＺＭｘ、ＺＭｙの平均の画像（ＺＭｘ＋ＺＭｙ）／２が平均化Ｚ方向成分画像ＺＭａｖｇとして算出される。
【０１１２】
以上をまとめると、Ｘ方向成分画像ＸＭ、Ｙ方向成分画像ＹＭ、Ｚ方向成分画像ＺＭｘ、ＺＭｙ、平均化Ｚ方向成分画像ＺＭａｖｇは、下記式で表わされる：
ＸＭ＝（ＸＦＭ−ＸＦ＋１Ｋ）−（ＸＲＭ−ＸＲ＋１Ｋ）    ・・・（１１ａ）
ＹＭ＝（ＹＦＭ−ＹＦ＋１Ｋ）−（ＹＲＭ−ＹＲ＋１Ｋ）    ・・・（１１ｂ）
ＺＭｘ＝（ＸＦＭ−ＸＦ＋１Ｋ）＋（ＸＲＭ−ＸＲ＋１Ｋ）    ・・・（１１ｃ）
ＺＭｙ＝（ＹＦＭ−ＹＦ＋１Ｋ）＋（ＹＲＭ−ＹＲ＋１Ｋ）    ・・・（１１ｄ）
ＺＭａｖｇ＝（ＺＭｘ＋ＺＭｙ）／２                  ・・・（１１ｅ）
【０１１３】
上記の演算処理によるＸ方向成分画像ＸＭの算出では、Ｘ軸の正方向に規定磁界を印加した状態で得られた規定磁界印加画像ＸＦ＋１Ｋ及び規定磁界印加画像ＸＲ＋１Ｋのみが使用されているが、これらに加えて、Ｘ軸の負方向に磁界を印加して試料Ｓを飽和させた状態で得られた規定磁界印加画像ＸＦ−１Ｋ及び規定磁界印加画像ＸＲ−１Ｋを使用してもよい。この場合、「Ｘ軸の正方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＦＭと、規定磁界印加画像ＸＦ＋１Ｋと規定磁界印加画像ＸＦ−１Ｋの平均画像との差分画像ＸＦＭ−（ＸＦ＋１Ｋ＋ＸＦ−１Ｋ）／２が算出される。同様に、「Ｘ軸の負方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＲＭと、規定磁界印加画像ＸＲ＋１Ｋと規定磁界印加画像ＸＲ−１Ｋの平均画像との差分画像ＸＲＭ−（ＸＲ＋１Ｋ＋ＸＲ−１Ｋ）／２が算出される。更に、これら２つの差分画像の差分画像｛ＸＦＭ−（ＸＦ＋１Ｋ＋ＸＦ−１Ｋ）／２｝−｛ＸＲＭ−（ＸＲ＋１Ｋ＋ＸＲ−１Ｋ）／２｝が、Ｘ方向成分画像Ｘとして算出される。
【０１１４】
同様に、Ｙ方向成分画像Ｙの算出において、Ｙ軸の正方向に規定磁界を印加した状態で得られた規定磁界印加画像ＹＦ＋１Ｋ、規定磁界印加画像ＹＦ＋１Ｋに加え、Ｙ軸の負方向に規定磁界を印加した状態で得られた規定磁界印加画像ＹＦ−１Ｋ、規定磁界印加画像ＹＲ−１Ｋを使用してもよい。この場合、「Ｙ軸の正方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＦＭと、規定磁界印加画像ＹＦ＋１Ｋと規定磁界印加画像ＹＦ−１Ｋの平均画像との差分画像ＹＦＭ−（ＹＦ＋１Ｋ＋ＹＦ−１Ｋ）／２が算出される。同様に、「Ｙ軸の負方向に観察」して得られたＹ方向観察画像ＹＲＭと、規定磁界印加画像ＹＲ＋１Ｋと規定磁界印加画像ＹＲ−１Ｋの平均画像との差分画像ＹＲＭ−（ＹＲ＋１Ｋ＋ＹＲ−１Ｋ）／２が算出される。更に、これら２つの差分画像の差分画像｛ＹＦＭ−（ＹＦ＋１Ｋ＋ＹＦ−１Ｋ）／２｝−｛ＹＲＭ−（ＹＲ＋１Ｋ＋ＹＲ−１Ｋ）／２｝が、Ｙ方向成分画像ＹＭとして算出される。
【０１１５】
この場合、Ｚ方向成分画像ＺＭｘは、加算画像｛ＸＦＭ−（ＸＦ＋１Ｋ＋ＸＦ−１Ｋ）／２｝＋｛ＸＲＭ−（ＸＲ＋１Ｋ＋ＸＲ−１Ｋ）／２｝として算出され、Ｚ方向成分画像ＺＭｙは、加算画像｛ＹＦＭ−（ＹＦ＋１Ｋ＋ＹＦ−１Ｋ）／２｝＋｛ＹＲＭ−（ＹＲ＋１Ｋ＋ＹＲ−１Ｋ）／２｝として算出される。また、これら２つのＺ方向成分画像ＺＭｘ、ＺＭｙの平均の画像（ＺＭｘ＋ＺＭｙ）／２が平均化Ｚ方向成分画像ＺＭａｖｇとして算出される。
【０１１６】
以上をまとめると、Ｘ方向成分画像ＸＭ、Ｙ方向成分画像ＹＭ、Ｚ方向成分画像ＺＭｘ、ＺＭｙ、平均化Ｚ方向成分画像ＺＭａｖｇは、下記式で算出してもよい：
ＸＭ＝｛ＸＦＭ−（ＸＦＰＳ＋ＸＦＭＳ）／２｝−｛ＸＲＭ−（ＸＲＰＳ＋ＸＲＭＳ）／２｝
・・・（１２ａ）
ＹＭ＝｛ＹＦＭ−（ＹＦＰＳ＋ＹＦＭＳ）／２｝−｛ＹＲＭ−（ＹＲＰＳ＋ＹＲＭＳ）／２｝
・・・（１２ｂ）
ＺＭｘ＝｛ＸＦＭ−（ＸＦＰＳ＋ＸＦＭＳ）／２｝＋｛ＸＲＭ−（ＸＲＰＳ＋ＸＲＭＳ）／２｝
・・・（１２ｃ）
ＺＭｙ＝｛ＹＦＭ−（ＹＦＰＳ＋ＹＦＭＳ）／２｝＋｛ＹＲＭ−（ＹＲＰＳ＋ＹＲＭＳ）／２｝
・・・（１２ｄ）
ＺＭａｖｇ＝（ＺＭｘ＋ＺＭｙ）／２            ・・・（１２ｅ）
【０１１７】
算出されたＸ方向成分画像ＸＭ、Ｙ方向成分画像ＹＭ、Ｚ方向成分画像ＺＭｘ、ＺＭｙ、平均化Ｚ方向成分画像ＺＭａｖｇを表示装置５で表示することで、磁界のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分及びＺ軸方向成分を視覚的に観察することができる。
【０１１８】
更に、図１８に示されているように、磁界のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、及びＺ軸方向成分が算出される（ステップＳ３４）。具体的には、各位置の磁界のＸ軸方向の成分に対応するＸ規格化データＸＮＲＭと、Ｙ方向の成分に対応するＹ規格化データＹＮＲＭとが、次式で算出される：
【数８】
2013205400.tif 000010
ここで、上記の式（１３ａ）、（１３ｂ）では、Ｘ規格化データＸＮＲＭ及びＹ規格化データＹＮＲＭが規定磁界ＨＮＲＭ（本実施形態では１ｋＯｅ）で規格化されているので、Ｘ規格化データＸＮＲＭ及びＹ規格化データＹＮＲＭは、そのまま、ｋＯｅ単位の磁界として算出される。
【０１１９】
図２４は、式（１３ａ）、（１３ｂ）によって得られたＸ規格化データＸＮＲＭ、Ｙ規格化データＹＮＲＭが、規定磁界ＨＮＲＭで規格化されていることを説明する図である。式（１３ａ）の導出においては、「Ｘ軸の正方向に観察」及び「Ｘ軸の負方向に観察」によって得られた画像の輝度がＨｘ／ＨＮＲＭに対して線形に変化するという近似がなされている。ここで、Ｈｘは、磁界のＸ軸方向成分である。この近似は、Ｈｘ／ＨＮＲＭに対して偏光面の回転角は概ね線形に変化し、また、画像の輝度データが偏光面の回転角に概ね線形に変化することに依拠している。Ｘ軸の正方向に規定磁界ＨＮＲＭを印加したときの「Ｘ軸の正方向に観察」から得られた規定磁界印加画像ＸＦ＋１ｋは、Ｈｘ／ＨＮＲＭ＝１．０の場合の画像であり、Ｘ軸の負方向に規定磁界ＨＮＲＭを印加したときの「Ｘ軸の正方向に観察」から得られた規定磁界印加画像ＸＦ−１ｋの輝度データは、Ｈｘ／ＨＮＲＭ＝−１．０の場合の画像と考えてよいから、「Ｘ軸の正方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＦＭの輝度データの値に対応するＨｘ／ＨＮＲＭの値（Ｈｘ／ＨＮＲＭ）Ｆは、下記式（１３ｃ）で与えられる：
【数９】
2013205400.tif 000011
【０１２０】
同様に、Ｘ軸の正方向に規定磁界ＨＮＲＭを印加したときの「Ｘ軸の負方向に観察」から得られた規定磁界印加画像ＸＲ＋１ｋは、Ｈｘ／ＨＮＲＭ＝１．０の場合の画像であり、Ｘ軸の負方向に規定磁界ＨＮＲＭを印加したときの「Ｘ軸の負方向に観察」から得られた規定磁界印加画像ＸＲ−１ｋの輝度データは、Ｈｘ／ＨＮＲＭ＝−１．０の場合の画像と考えてよいから、「Ｘ軸の負方向に観察」して得られたＸ方向観察画像ＸＲＭの輝度データの値に対応するＨｙ／ＨＮＲＭの値（Ｈｙ／ＨＮＲＭ）Ｒは、下記式（１３ｄ）で与えられる：
【数１０】
2013205400.tif 000012
【０１２１】
Ｘ規格化データＸＮＲＭは、式（１３ｃ）で得られる（Ｈｘ／ＨＮＲＭ）Ｆと式（１３ｄ）で得られる（Ｈｙ／ＨＮＲＭ）Ｒの平均値として算出されている。
【０１２２】
同様に、Ｙ規格化データＹＮＲＭは、「Ｙ軸の正方向に観察」「Ｙ軸の負方向に観察」によって得られた画像の輝度がＨｙ／ＨＮＲＭに対して線形に変化するという近似に基づいて次式（１３ｅ）、（１３ｆ）で得られる（Ｈｙ／ＨＮＲＭ）Ｆ、（Ｈｙ／ＨＮＲＭ）Ｒの平均値として算出されている：
【数１１】
2013205400.tif 000013
【数１２】
2013205400.tif 000014
【０１２３】
更に、各位置の磁界のＺ軸方向の成分に対応するＺ規格化データＺＮＲＭは、式（１１ｅ）又は式（１２ｅ）で算出された平均化Ｚ方向成分画像ＺＭａｖｇの輝度データと、上記式（１０）で算出された校正係数ｋとから、下記式（１４）で算出される：
ＺＮＲＭ＝ｋ・ＺＭａｖｇ          ・・・（１４）
Ｚ規格化データＺＮＲＭは、校正係数ｋ（＝ｚＮＲＭ／Ｚａｖｇ）を乗じることで規格化されるため、Ｚ軸方向成分ＺＮＲＭもｋＯｅ単位の磁界として算出される。
【０１２４】
より一般化すると、規定磁場ＨＮＲＭについて、磁界のＸ軸方向成分Ｈｘ、Ｙ軸方向成分Ｈｙ、Ｚ軸方向成分Ｈｚは、式（１３ａ）、（１３ｂ）、（１４）で算出されるＸＮＲＭ、ＹＮＲＭ、ＺＮＲＭを用いて下記式で算出されると言ってもよい：
Ｈｘ＝ＸＮＲＭ・ＸＮＲＭ          ・・・（１５ａ）
Ｈｙ＝ＸＮＲＭ・ＹＮＲＭ          ・・・（１５ｂ）
Ｈｚ＝ＸＮＲＭ・ＺＮＲＭ          ・・・（１５ｃ）
以上で、磁界のＸ軸方向成分、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸方向成分を算出する演算処理は完了である。
【０１２５】
以上には、本発明の実施形態が具体的に記述されているが、本発明は上記の実施形態に限定されると解釈してはならない。本発明は、当業者には自明的な様々な変更と共に実施され得る。
【符号の説明】
【０１２６】
１        ：入射光学系
２        ：落射光学系
３        ：検出光学系
４        ：演算装置
５        ：表示装置
６        ：４極電磁石装置
７        ：入射光
８        ：反射光
１１      ：光源
１２      ：コンデンサレンズ
１５      ：コリメータレンズ
１６      ：ミラー
１７      ：可動ミラー
１８      ：リレーレンズ
１９      ：偏光子
２１      ：スミスミラー
２２      ：ハーフミラー
２３      ：対物レンズ
３１      ：検光子
３２      ：結像レンズ
３３      ：撮像装置
６１      ：４極電磁石
６３      ：４極電磁石
６５      ：バイポーラ電源
６６      ：バイポーラ電源
７１      ：ファラデー媒体
７２      ：ファラデーガラス
７３      ：反射膜
８０      ：磁界発生源
Ｈｘ      ：Ｘ軸方向成分
Ｈｙ      ：Ｙ軸方向成分
Ｈｚ      ：Ｚ軸方向成分
ＩＩＮ１  ：入射光
ＩＩＮ２  ：入射光
ＩＩＮ３  ：入射光
ＩＩＮ４  ：入射光
ＩＲ１    ：反射光
ＩＲ２    ：反射光
θｉ      ：入射角
θｉ１    ：入射角
θｉ２    ：入射角
θｘ      ：回転角
θｙ      ：回転角
θｚ      ：回転角
Ｍ        ：全磁化
ＭＮＲＭ  ：単位ベクトル
Ｍｘ      ：磁化成分
Ｍｙ      ：磁化成分
Ｍｚ      ：磁化成分
Ｓ        ：試料
Ｘ        ：Ｘ方向成分画像
ＸＦ      ：Ｘ方向観察画像
ＸＦＭ    ：Ｘ方向観察画像
ＸＦＭＳ  ：飽和磁界印加画像
ＸＦＰＳ  ：飽和磁界印加画像
ＸＭ      ：Ｘ方向成分画像
ＸＮＲＭ  ：Ｘ軸方向成分
ＸＲ      ：Ｘ方向観察画像
ＸＲＭ    ：Ｘ方向観察画像
ＸＲＭＳ  ：飽和磁界印加画像
ＸＲＰＳ  ：飽和磁界印加画像
Ｙ        ：Ｙ方向成分画像
ＹＦ      ：Ｙ方向観察画像
ＹＦＭ    ：Ｙ方向観察画像
ＹＦＭＳ  ：飽和磁界印加画像
ＹＦＰＳ  ：飽和磁界印加画像
ＹＭ      ：Ｙ方向成分画像
ＹＮＲＭ  ：Ｙ軸方向成分
ＹＲ      ：Ｙ方向観察画像
ＹＲＭ    ：Ｙ方向観察画像
ＹＲＭＳ  ：飽和磁界印加画像
ＹＲＰＳ  ：飽和磁界印加画像
ＺＭａｖｇ：平均化Ｚ方向成分画像
ＺＭｘ    ：Ｚ方向成分画像
ＺＭｙ    ：Ｚ方向成分画像
ＺＮＲＭ  ：Ｚ軸方向成分
Ｚａｖｇ  ：平均化Ｚ方向成分画像
Ｚｘ      ：Ｚ方向成分画像
Ｚｙ      ：Ｚ方向成分画像
ｋ        ：校正係数
ｘＮＲＭ  ：Ｘ規格化データ
ｙＮＲＭ  ：Ｙ規格化データ
ｚＮＲＭ  ：Ｚ規格化データ
【図１】
2013205400.tif 000015
【図２】
2013205400.tif 000016
【図３Ａ】
2013205400.tif 000017
【図３Ｂ】
2013205400.tif 000018
【図５】
2013205400.tif 000019
【図７】
2013205400.tif 000020
【図８】
2013205400.tif 000021
【図９Ａ】
2013205400.tif 000022
【図９Ｂ】
2013205400.tif 000023
【図１０】
2013205400.tif 000024
【図１１】
2013205400.tif 000025
【図１２】
2013205400.tif 000026
【図１３】
2013205400.tif 000027
【図１４】
2013205400.tif 000028
【図１５Ａ】
2013205400.tif 000029
【図１５Ｂ】
2013205400.tif 000030
【図１６】
2013205400.tif 000031
【図１７Ａ】
2013205400.tif 000032
【図１７Ｂ】
2013205400.tif 000033
【図１８】
2013205400.tif 000034
【図１９】
2013205400.tif 000035
【図２０】
2013205400.tif 000036
【図２１】
2013205400.tif 000037
【図２２】
2013205400.tif 000038
【図２３Ａ】
2013205400.tif 000039
【図２３Ｂ】
2013205400.tif 000040
【図２４】
2013205400.tif 000041
【図４Ａ】
2013205400.tif 000042
【図４Ｂ】
2013205400.tif 000043
【図６Ａ】
2013205400.tif 000044
【図６Ｂ】
2013205400.tif 000045
【図６Ｃ】
2013205400.tif 000046