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JP2787678B2 - Polarized light microscope - Google Patents

Polarized light microscope

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Publication number
JP2787678B2
JP2787678B2 JP4131471A JP13147192A JP2787678B2 JP 2787678 B2 JP2787678 B2 JP 2787678B2 JP 4131471 A JP4131471 A JP 4131471A JP 13147192 A JP13147192 A JP 13147192A JP 2787678 B2 JP2787678 B2 JP 2787678B2
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JP
Japan
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light
polarized light
polarization
linearly polarized
analyzer
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JP4131471A
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Japanese (ja)
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JPH05296841A (en
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聡 河田
明弘 山本
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KOOGAKU KK
Original Assignee
KOOGAKU KK
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Publication date
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は偏光測定装置及びこれを
用いた偏光顕微鏡に関し、より詳しくは、旋光性や複屈
折性などをもつ物質に直線偏光を入射したときの偏光面
の微小な回転を検出する装置、及びこの装置を用い微小
な領域の偏光像を拡大して可視化可能な偏光顕微鏡に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarization measuring device and a polarization microscope using the same, and more particularly, to a microscopic rotation of a polarization plane when linearly polarized light is incident on a substance having optical rotation or birefringence. And a polarization microscope capable of enlarging and visualizing a polarization image of a minute region using the device.

【0002】[0002]

【従来の技術とその問題点】波動としての光の重要な性
質の一つに偏光がある。偏光の起因には種々のものがあ
り、光放射に関係するもの例えば熱放射や誘導放射で起
こる偏光,蛍光の際の偏光などがあり、また光の伝播す
る媒質の性質に起因するもの例えば結晶中あるいは媒質
に力もしくは電磁場がかかって生じる複屈折現象、微粒
子の存在によって生じる散乱の際の偏りなどがある。そ
のほか、光の伝播に対する境界条件から起こる偏光たと
えば反射や回折によって生じる偏光等がある。したがっ
て偏光の性質や度合いを測定することによって、これら
の原因や物性についての多くの知識を得ることができ
る。
2. Description of the Related Art Polarization is one of the important properties of light as waves. There are various causes of polarized light, such as those related to light radiation, such as polarized light caused by heat radiation or stimulated radiation, and polarized light at the time of fluorescence. Also, those caused by the properties of the medium through which light propagates, such as crystals There are birefringence phenomena caused by a force or an electromagnetic field applied to the medium or medium, and bias in scattering caused by the presence of fine particles. In addition, there is polarization generated by boundary conditions for light propagation, for example, polarization generated by reflection or diffraction. Therefore, by measuring the nature and degree of polarized light, much knowledge about these causes and physical properties can be obtained.

【0003】例えば、偏光解析法として知られる手法で
は、物体の表面で光が反射する場合に光の偏光状態が反
射の前後で変化することから、この偏光状態の変化を測
定することにより物体の光学定数や表面の性質を解析す
ることができる。この偏光解析法の一つに、直線偏光を
用いる手法がある。旋光性や複屈折性を有する物質に直
線偏光を入射すると、反射の際、直線偏光は回転し、こ
の回転角(偏光面の回転)を検出することにより物質の物
性情報を得るというものである。
For example, in a technique known as ellipsometry, when light is reflected on the surface of an object, the polarization state of the light changes before and after the reflection. Optical constants and surface properties can be analyzed. One of the polarization analysis methods is a method using linearly polarized light. When linearly polarized light is incident on a substance having optical rotation or birefringence, the linearly polarized light rotates during reflection, and information on the physical properties of the substance is obtained by detecting this rotation angle (rotation of the polarization plane). .

【0004】ところで上記手法の場合、反射の際、偏光
面の回転が大きければこれを検出することは比較的容易
である。しかし、例えば1°程度の微小な回転であれ
ば、高精度の回転検光子をいかに精度よく回転させても
検出にはそれなりの困難を伴うし、まして0.1°オー
ダの微小回転ともなれば、通常の検出系ではまず検出は
不可能でこれを検出するには特段の工夫が要求される
か、あるいは特別に設計された専用の装置を使用するか
しなければならない。確かにこの種の偏光面の微小な回
転を検出する偏光測定装置は、従来から知られてはいる
が、極めて高性能な偏光素子と検光素子とを必要とする
うえに、一般的に検出器に届く光が微弱化することから
高感度,高分解の検出器が必須となり、またランプ光源
系を含む装置自体も一般に据え置きで使用する大型のも
のとなる問題があり、さらに、偏光素子等の偏光光学素
子が非常に高価であることから、装置自体の価格が極め
て高価であるといった問題がある。
In the above method, if the rotation of the polarization plane is large during reflection, it is relatively easy to detect the rotation. However, for example, in the case of a minute rotation of about 1 °, no matter how precisely the high-precision rotation analyzer is rotated, the detection involves some difficulty, and even a minute rotation of the order of 0.1 ° is required. However, a normal detection system cannot detect it first, and special measures are required to detect it, or a special device specially designed must be used. Certainly, this type of polarization measuring device that detects minute rotation of the polarization plane has been known in the past, but requires an extremely high-performance polarizing element and an analyzing element, and is generally used for detection. Since the light reaching the vessel is weakened, a high-sensitivity, high-resolution detector is indispensable. In addition, the apparatus itself including the lamp light source system generally has a problem that it becomes a large-sized apparatus which can be used in a stationary state. Since the polarizing optical element is very expensive, there is a problem that the price of the apparatus itself is extremely expensive.

【0005】具体的に、偏光光学系を備えた顕微鏡につ
いて、とりわけ近時盛んに研究されるようになった磁性
体の磁区を可視化する磁区観察用偏光顕微鏡を例示して
説明する。近年、高性能な磁気記録デバイスが多くの現
場で利用されるようになってきている。情報の大量化に
伴いさらなる高密度化、高速化に対する要求が高まって
おり、その要求を満たし得る磁気記録媒体、磁気記録ヘ
ッドの開発が進められている。このような高性能の磁気
記録デバイスに用いられる磁気記録媒体、磁気記録ヘッ
ドの磁区の微細構造は、記録再生特性に直接影響を与え
る。このため、磁気記録デバイスの開発には磁区の微細
構造の解析が必要となっている。また、磁気記録デバイ
スの高速化にともない、10MHz〜100MHz程度
で動作している状態でのヘッドの磁区構造の動特性を知
ることが望まれている。磁区の微細構造の観察において
は、MFM(Magnetic Force Microscope;磁気力顕
微鏡)が開発、実用化されている(例えば、P.Grutter,
Th.Jung et.al.,”10-nm resolution by magnetic fo
rce microscopy on FeNdB”J.Appl.Phys.67,pp.1
437-1441(1990))。この顕微鏡は、10nmを超え
る高い空間分解能をもつ。しかし、触針が試料に接触し
て試料に損傷を与えること、また、走査型の顕微鏡であ
るため、一枚の画像を得るのに長い時間を要し、磁区構
造の動的な観察が行えないなどの問題をもつ。磁区構造
の動的な観察には、磁気光学効果による偏光面の回転を
検出する方法が用いられている(P.V.Koeppe and M.
H.Kryder,"High-resolution magnetooptic imaging
of the high-frequency magnetic behavior of Ferrite
recording heads" IEEE Tran.Mag.27,pp.7
24-725 (1991))。この方法は、光を用いるために試
料に非接触であり、試料に与えるダメージが非常に小さ
い。また、試料に対する前処理が不要であるため、どこ
でも手軽に使えるという特徴がある。さらに、パルスレ
ーザや、フラッシュランプを用いることにより磁気ヘッ
ドの動作状態での磁区構造のストロボスコピックな時間
分解観察も可能である。しかしながら、この種の従来の
磁区観察顕微鏡は、光源に水銀ランプやガスレーザを用
いたものが一般的であり、磁気ヘッドの動作と同期をと
る必要のある時間分解計測には不向きであり、かつ装置
全体も非常に大掛かりなものとなっている。また、偏光
子および検光子に極めて高価なGlan-Thompsonプリズ
ムを使用するため、装置が非常に高価なものとなってい
る。すなわち、Glan-Thompsonプリズムは、天然の水晶
や方解石を用いこれら結晶から同形のプリズムを2個切
り出し斜面相互をバルサムで接合したものであるが、磁
気カー効果によるカー回転角が1〜10mrad(0.06〜
0.6°)と微小であることから、極めて高い消光比をも
つものでなければならず、消光比10-6〜10-5が実現
されてないと検出はほぼ不可能である。
Specifically, a microscope equipped with a polarizing optical system will be described by exemplifying a magnetic domain observation polarizing microscope which visualizes magnetic domains of a magnetic substance, which has been studied recently. In recent years, high-performance magnetic recording devices have been used in many sites. Demands for higher densities and higher speeds are increasing along with the increase in the amount of information, and magnetic recording media and magnetic recording heads that can satisfy the demands are being developed. The magnetic recording medium used in such a high-performance magnetic recording device and the fine structure of the magnetic domains of the magnetic recording head directly affect the recording and reproducing characteristics. For this reason, the development of magnetic recording devices requires analysis of the fine structure of magnetic domains. Also, with the speeding up of the magnetic recording device, it is desired to know the dynamic characteristics of the magnetic domain structure of the head while operating at about 10 MHz to 100 MHz. In observing the microstructure of magnetic domains, an MFM (Magnetic Force Microscope) has been developed and put into practical use (for example, P. Grutter,
Th. Jung et.al., ”10-nm resolution by magnetic fo
rce microscopy on FeNdB ”J. Appl. Phys. 67 , pp. 1
437-1441 (1990)). This microscope has a high spatial resolution of over 10 nm. However, because the stylus contacts the sample and damages it, and because it is a scanning microscope, it takes a long time to obtain a single image, and dynamic observation of the magnetic domain structure can be performed. There is no problem. For dynamic observation of the magnetic domain structure, a method of detecting the rotation of the plane of polarization due to the magneto-optical effect is used (PV Koeppe and M. K.).
H. Kryder, "High-resolution magnetooptic imaging
of the high-frequency magnetic behavior of Ferrite
recording heads "IEEE Tran. Mag. 27 , pp.7
24-725 (1991)). In this method, since light is used, the sample is not in contact with the sample, and damage to the sample is extremely small. In addition, since pretreatment of the sample is unnecessary, it has a feature that it can be easily used anywhere. Further, stroboscopic time-resolved observation of the magnetic domain structure in the operating state of the magnetic head is possible by using a pulse laser or a flash lamp. However, this type of conventional magnetic domain observation microscope generally uses a mercury lamp or gas laser as a light source, and is not suitable for time-resolved measurement that needs to be synchronized with the operation of a magnetic head. The whole is also very large. Also, the use of extremely expensive Glan-Thompson prisms for polarizers and analyzers makes the equipment very expensive. That is, the Glan-Thompson prism is made of natural quartz or calcite, and two prisms of the same shape are cut out of these crystals and their slopes are joined to each other with a balsam. .06-
Since the extinction ratio is extremely small (0.6 °), the extinction ratio must be extremely high. If the extinction ratio of 10 −6 to 10 −5 is not realized, detection is almost impossible.

【0006】もう一つの問題は、このGlan-Thompson
プリズムを偏光子および検光子として用いるときには、
クロスニコルの状態に配置構成されるので、通過する光
のスループットが非常に低くなり、光電検出器に届く光
が微弱化してしまい明瞭な像あるいはコントラストが得
られないということがある。
Another problem is that Glan-Thompson
When using prisms as polarizers and analyzers,
Since they are arranged in a crossed Nicols state, the throughput of light passing therethrough is extremely low, and the light reaching the photoelectric detector is weakened, so that a clear image or contrast may not be obtained.

【0007】[0007]

【発明の目的】本発明は、旋光性や複屈折性などをもつ
物質に直線偏光を入射したときの透過あるいは反射光の
偏光面の微小回転を検出する新規な偏光測定装置を提供
することを基本的な目的とする。本発明に係る他の目的
は、装置を小型化することである。本発明の他の目的
は、旋光性や複屈折性などをもつ物質に直線偏光を入射
したときの透過あるいは反射光の偏光面の微小回転を検
出しこれを可視化できる新規な偏光顕微鏡を提供するこ
とにある。本発明に係る他の目的は、フィールドユース
に適する小型、軽量化した偏光顕微鏡を提供することで
ある。本発明のさらに別の目的は、直線偏光の微小回転
の検出精度が高く、しかもフィールドユースに適する小
型かつ安価な磁気観察用の偏光顕微鏡を提供することで
ある。本発明のその他の目的は、磁性体の磁区構造を動
的に観察できる磁気観察用の偏光顕微鏡を提供すること
である。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a novel polarization measuring device for detecting minute rotation of a plane of polarization of transmitted or reflected light when linearly polarized light is incident on a substance having optical rotation or birefringence. Basic purpose. Another object of the present invention is to reduce the size of the device. Another object of the present invention is to provide a novel polarization microscope capable of detecting and visualizing minute rotation of the plane of polarization of transmitted or reflected light when linearly polarized light is incident on a substance having optical rotation or birefringence. It is in. Another object of the present invention is to provide a small and lightweight polarizing microscope suitable for field use. Still another object of the present invention is to provide a small and inexpensive polarizing microscope for magnetic observation that has high detection accuracy for minute rotation of linearly polarized light and is suitable for field use. Another object of the present invention is to provide a polarization microscope for magnetic observation that can dynamically observe the magnetic domain structure of a magnetic body.

【0008】[0008]

【目的を達成するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、光源と被検体との間に設けられる直線偏
光子と、前記被検体からの直線偏光のうち前記直線偏光
子の方位角と等しい直線偏光成分を抑圧する一方、この
直線偏光成分と直交する成分は透過させる検光手段と、
該検光手段からの直線偏光を検光する検光子と、この検
光子からの光を光電変換する光電変換手段とを備え、被
検体からの直線偏光の偏光面の微小回転を上記検光手段
によって増大させたことを基本的な特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a linear polarizer provided between a light source and a subject, and an azimuth of the linear polarizer among linear polarized lights from the subject. Analysis means for suppressing a linearly polarized light component equal to the angle while transmitting a component orthogonal to the linearly polarized light component;
An analyzer for analyzing linearly polarized light from the analyzer, and a photoelectric converter for photoelectrically converting light from the analyzer, wherein the micro-rotation of the polarization plane of the linearly polarized light from the subject is performed by the analyzer. It is a basic feature that it is increased by.

【0009】[0009]

【作用】上記直線偏光子から射出される直線偏光を図1
(A)で示すと、この直線偏光1が被検体に照射されるこ
とにより該被検体の性質に基づいて偏光面は回転され、
同図(B)に示されるように、上記直線偏光子の方位角2
に対して角度θだけ回転した直線偏光3となる。この直
線偏光3は上記検光手段に入射され、図2に示されるよ
うに、上記直線偏光子の方位角2と等しい直線偏光成分
がベクトル4で示される分だけ抑圧される一方、この成
分と直交する成分はそのまま透過される。この結果、こ
の検光手段から射出される直線偏光は角度θより大きな
角度θaをなした直線偏光5となる。上記検光子は、こ
の直線偏光5を検光する。検光された光は光電変換手段
により電気信号となる。上記のように、直線偏光の偏光
面の回転は、入射偏光成分とそれに直交する成分のベク
トル和として表わされることから、この2つの成分のう
ち入射偏光と同じ偏光成分のみを減少させ、もって回転
角を増大せしめるようにしたことを基本の原理としてい
る。なお、上記の検光手段は、簡単には、入射偏光面
(方位角2)に直交する方位角をもった光学素子としての
検光子によって容易に実現することができる。また、入
射偏光と直交する成分の強度は、通常、入射偏光方向成
分の10-5〜10-7程度と小さいので、回転角増大に用
いられる検光子の透過率としてはこれが相当に高いこと
が望ましい。
The linearly polarized light emitted from the linear polarizer is shown in FIG.
As shown in (A), the object is irradiated with the linearly polarized light 1 so that the polarization plane is rotated based on the properties of the object,
As shown in FIG. 3B, the azimuth of the linear polarizer is 2
Becomes a linearly polarized light 3 rotated by an angle θ. The linearly polarized light 3 is incident on the analyzing means, and as shown in FIG. 2, a linearly polarized light component equal to the azimuth angle 2 of the linearly polarized light is suppressed by an amount indicated by a vector 4, while this linearly polarized light is suppressed. The orthogonal components are transmitted as they are. As a result, the linearly polarized light emitted from the light detecting means becomes the linearly polarized light 5 having an angle θa larger than the angle θ. The analyzer detects the linearly polarized light 5. The detected light is converted into an electric signal by the photoelectric conversion means. As described above, since the rotation of the plane of polarization of linearly polarized light is represented as a vector sum of an incident polarized light component and a component orthogonal thereto, only the same polarized light component as the incident polarized light is reduced among these two components, and the rotation is performed. The basic principle is to increase the angle. In addition, the above-mentioned light detecting means can be simply described as an incident polarization plane.
It can be easily realized by an analyzer as an optical element having an azimuth orthogonal to (azimuth 2). In addition, since the intensity of the component orthogonal to the incident polarized light is usually as small as about 10 −5 to 10 −7 of the incident polarization direction component, the transmittance of the analyzer used for increasing the rotation angle may be considerably high. desirable.

【0010】[0010]

【回転角増大の定量的評価と磁区コントラスト】一例と
して、被検体に磁性体を適用する場合について説明す
る。物質の磁気的特性が光の偏光状態に及ぼす作用に、
ファラデー効果と磁気カー効果とがあるが(狭義の磁気
光学効果)、後者の磁気カー効果について示し、特に、
図3(A),(B),(C)にそれぞれ図解する極カー効果,
縦カー効果,横カー効果(磁性体6,7,8の磁化方向
をMで示し、偏光の入反射の様子を矢付実線9,10,
11で示している。)のうち、極カー効果(第3図(A))
について述べる。そして、コントラストは、図4に示す
ように、相反した方向に垂直磁化した異なる磁区61,
62に直線偏光光91が入射し、同図(B)に示されるよ
うに、反射光92の、極カー効果により2つの異なる方
向に偏光面の回転を受けた直線偏光93と94を対象と
する。まず初めに、上記手法によって偏光面の回転角が
どの程度増大されるのか、理論式を用いて検証する。直
交する2つの偏光成分の透過率がそれぞれTb,Tt
(Tb≪Tt)である検光素子に、この素子の方位角と直
交する軸(b軸という、また、方位角の方向をt軸とい
う)に対してθiだけ傾いた直線偏光が入射した場合を
考える(図2の方向2がb軸に相当する)。
[Quantitative Evaluation of Rotation Angle Increase and Magnetic Domain Contrast] As an example, a case where a magnetic substance is applied to a subject will be described. The effect of the magnetic properties of matter on the polarization state of light,
Although there are the Faraday effect and the magnetic Kerr effect (magneto-optical effect in a narrow sense), the latter magnetic Kerr effect is shown.
The polar Kerr effect illustrated in FIGS. 3A, 3B, and 3C, respectively.
The vertical Kerr effect and the horizontal Kerr effect (the magnetization directions of the magnetic bodies 6, 7, and 8 are indicated by M, and the state of the incident and reflected polarization is indicated by solid lines 9 and 10 with arrows).
The reference numeral 11 indicates. ), The polar car effect (Fig. 3 (A))
Is described. Then, as shown in FIG. 4, the contrast is different between the different magnetic domains 61, perpendicularly magnetized in opposite directions.
Linear polarized light 91 is incident on 62, and as shown in FIG. 4B, the linearly polarized lights 93 and 94 of the reflected light 92 whose polarization planes are rotated in two different directions by the polar Kerr effect are targeted. I do. First, the extent to which the rotation angle of the polarization plane is increased by the above method will be verified by using a theoretical formula. The transmittances of two orthogonal polarization components are Tb and Tt, respectively.
When linearly polarized light tilted by θi with respect to an axis orthogonal to the azimuth of the element (referred to as the b-axis, and the direction of the azimuth is referred to as the t-axis) is incident on the analysis element in which (Tb≪Tt). (Direction 2 in FIG. 2 corresponds to the b-axis).

【0011】このときの入射直線偏光のb軸成分、t軸
成分をそれぞれEib,Eitとすると、検光素子直後
の偏光の成分Eob,Eotは次式で与えられる。 Eob=√Tb・Eib ……(1) Eot=√Tt・Eit ……(2) ここで、Eib、Eitを入射直線偏光の電場Eiとθ
iとで表わすと、次式となる。 Eob=Ei・cosθi・√Tb ……(3) Eot=Ei・sinθi・√Tt ……(4) 検光素子直後の偏光面がb軸となす角をθoとすれば、
θoは、 θo=tan-1(Eot/Eob) =tan-1(√(Tt/Tb)・tanθi) ……(5) と表わされる。例えば、Tt=95%、Tb=0.02
%、θi=1mradのとき、θo=68.8mradとな
り、70倍程度の増大率を得ることができる。次に、こ
の場合における磁区コントラストを検証する。図4に示
されるような、2つの互いに反平行な磁化をもつ磁区か
らの反射光強度は、入射直線偏光の強度Pt、Pbに対
して次式で与えられる。 I-=Pt・Ab+Pb・At ……(6) I+=Pt・At・sin(2θo)+Pt・Ab・cos(2θo)+Pb・At…(7) ここで、Ab,Atは、図5に図解されるように、偏光
面回転増大後の直線偏光(増大されたカー回転角θKの直
線偏光93、増大されたカー回転角-θKの直線偏光9
4)を検光する検光子95の消光比(Ab≪At)であ
り、I-は検光子95の消光成分、I+は透過成分のそれ
ぞれを表している。そしてこのときの磁区コントラスト
Vは、 V=(I+−I-)/(I++I-) =[Pt・At・sin(2θo)+Pt・Ab・(cos(2θo)-1)]/[Pt・At・sin(2θo)+Pt・Ab・( cos(2θo)+1)+2Pb・At] ……(8) となり、例えば、Pt=95%、Pb=0.02%、T
t=95%、Tb=0.02%、At:Ab=100
0:1、θi=1mradとすると、上記(5)式、(8)式
より、V=0.996となり、非常に高いコントラスト
が得られることが分かる。
Assuming that the b-axis component and the t-axis component of the incident linearly polarized light at this time are Eib and Eit, the polarization components Eob and Eot immediately after the light detecting element are given by the following equations. Eob = √Tb · Eib (1) Eot = √Tt · Eit (2) where Eib and Eit are the electric fields Ei and θ of the incident linearly polarized light.
When expressed by i, the following equation is obtained. Eob = Ei · cos θi · √Tb (3) Eot = Ei · sin θi · √Tt (4) Assuming that the angle between the polarization plane immediately after the light analyzing element and the b axis is θo,
θo is expressed as follows: θo = tan −1 (Eot / Eob) = tan −1 (√ (Tt / Tb) · tan θi) (5) For example, Tt = 95%, Tb = 0.02
%, Θi = 1 mrad, θo = 68.8 mrad, and an increase rate of about 70 times can be obtained. Next, the magnetic domain contrast in this case will be verified. The reflected light intensity from two magnetic domains having antiparallel magnetization as shown in FIG. 4 is given by the following equation with respect to the incident linearly polarized light intensities Pt and Pb. I - = Pt · Ab + Pb · At ...... (6) I + = Pt · At · sin (2θo) + Pt · Ab · cos (2θo) + Pb · At ... (7) where, Ab, At the 5 as illustrated, the linearly polarized light 93 of linearly polarized light (increased Kerr rotation angle theta K after polarization rotation increases, the linear polarization of increased Kerr rotation angle - [theta] K 9
4) is the extinction ratio (Ab≪At) of the analyzer 95 that detects the light, I represents the extinction component of the analyzer 95, and I + represents the transmission component. The magnetic domain contrast V at this time is, V = (I + -I - ) / (I + + I -) = [Pt · At · sin (2θo) + Pt · Ab · (cos (2θo) -1)] / [Pt · At · sin (2θo) + Pt · Ab · (cos (2θo) +1) + 2Pb · At] (8), for example, Pt = 95%, Pb = 0.02%, T
t = 95%, Tb = 0.02%, At: Ab = 100
Assuming that 0: 1 and θi = 1 mrad, from the above equations (5) and (8), V = 0.996, which indicates that a very high contrast can be obtained.

【0012】上記の解析を踏まえて、偏光面回転増大の
具体的な評価を演算して求めた。その結果を図6〜図9
に示す。いずれの場合においても、後述の実施例で示さ
れるのと同様、偏光子と回転角増大のための検光手段と
を単一の素子である偏光ビームスプリッタで兼用する態
様とした。評価の対象として偏光ビームスプリッタの仕
様は、p偏光に対し透過率95%、反射率0.02%、
s偏光に対して透過率0.02%、反射率95%のもの
とし、最終段の検光子は、消光比が10-4のものとし
た。
Based on the above analysis, a specific evaluation of the increase in the rotation of the polarization plane was calculated and found. 6 to 9 show the results.
Shown in In any case, the polarizer and the analyzing means for increasing the rotation angle are shared by a single polarizing beam splitter as in the embodiment described later. The specifications of the polarizing beam splitter to be evaluated include a transmittance of 95% for p-polarized light, a reflectance of 0.02%,
The transmittance of the s-polarized light was 0.02% and the reflectance was 95%. The analyzer at the final stage had an extinction ratio of 10 -4 .

【0013】図6は、この偏光ビームスプリッタ直後の
偏光面の回転角を示している。なお、横軸は、増大前の
カー回転角で単位はmrad(ミリラジアン)、縦軸は増大
後の回転角で目盛のπ倍の数値を表し単位はrad(ラジア
ン)である。図7は、図6の縦軸の回転角と,偏光ビー
ムスプリッタ直前の偏光面の回転角(図6の横軸に示し
たカー回転角)との比である。0.0〜10.0mradの広
い範囲で60倍以上の極めて高い増大率が得られてい
る。図8は、本発明に係る手法と従来法とにおける磁区
コントラストの比較を示している。従来法は、偏光子に
消光比10-6のGlan−Thompsonプリズムを
用い検光子に消光比10-4のものを用いた場合である。
図8より、例えば、薄膜磁気ヘッドの磁区を観察する場
合に、そのカー回転角は0.3〜0.7mradであるとこ
ろから、本手法がこの種の磁区コントラストを得るのに
非常に有効であることが分かる。図9は、横軸のカー回
転角が0.0〜10.0μrad(マイクロラジアン)での磁
区コントラストを示している。本手法によれば、10μ
rad以下の極微小回転においても、ある程度明確な磁区
コントラストが得られることが了解される。ちなみに、
5.0μradは、度表示に換算すると、0.000287
°である。
FIG. 6 shows the rotation angle of the polarization plane immediately after the polarization beam splitter. The abscissa represents the Kerr rotation angle before the increase, in units of mrad (milliradian), and the ordinate represents the rotation angle after the increase, which is π times the scale, and the unit is rad (radian). FIG. 7 shows the ratio between the rotation angle on the vertical axis in FIG. 6 and the rotation angle of the polarization plane immediately before the polarization beam splitter (Kerr rotation angle shown on the horizontal axis in FIG. 6). An extremely high increase rate of 60 times or more is obtained in a wide range of 0.0 to 10.0 mrad. FIG. 8 shows a comparison of magnetic domain contrast between the method according to the present invention and the conventional method. In the conventional method, a Glan-Thompson prism having an extinction ratio of 10 -6 is used as a polarizer, and an extinction ratio of 10 -4 is used as an analyzer.
From FIG. 8, for example, when observing the magnetic domain of the thin film magnetic head, the Kerr rotation angle is 0.3 to 0.7 mrad, so that this method is very effective for obtaining this type of magnetic domain contrast. You can see that there is. FIG. 9 shows the magnetic domain contrast when the Kerr rotation angle on the horizontal axis is 0.0 to 10.0 μrad (microradian). According to this method, 10μ
It is understood that a clear magnetic domain contrast can be obtained to some extent even in a very small rotation of rad or less. By the way,
When converted to degrees, 5.0 μrad is 0.0000287.
°.

【0014】[0014]

【実施例】図10に本発明の実施例としての偏光測定装
置を示す。被検体11は入射される直線偏光を反射する
際に、この入射直線偏光の偏光面を回転させる性質をも
つ物質である。光源ユニット12には収束性レンズと半
導体の光源である半導体レーザまたは高輝度発光ダイオ
ードを備えている。光源ユニット12からの射出される
収束光13を、偏光ビームスプリッタ14により反射さ
せ、レンズ15を介して被検体11に検査光を与える。
被検体11で反射された光は、レンズ15を通り、偏光
ビームスプリッタ14を通り、さらにポーラロイド板等
からなる偏光板16を通して、光電検出器17に入射さ
せる。偏光ビームスプリッタ14は、例えば、λ=63
2.8nmの光に対して、p偏光透過率98.0%、s偏
光透過率0.006%、p偏光反射率99.0%、s偏光
反射率0.05%、消光比(H90)2×10-5の特性をも
つものである。したがって、光源ユニット12からの収
束光13は、偏光ビームスプリッタ14により反射され
る際に、直線偏光化される。そしてレンズ15の瞳面上
に集光され、この直線偏光はレンズ15によりコリメー
トされて、被検体11を一様に照明する。被検体11か
らの反射光は、入射された直線偏光の偏光面に対し回転
を受けた偏光面の直線偏光となる。この直線偏光光が偏
光ビームスプリッタ14に入射すると、一部は反射され
て光源ユニット12の方へ戻り、他の部分はこの偏光ビ
ームスプリッタ14を通過してゆく。この通過してゆく
際、先に直線偏光化させた方位角に等しい直線偏光成分
は抑圧され、この直線偏光成分と直交する成分はほぼそ
のまま透過されるので、偏光ビームスプリッタ14通過
直後の直線偏光は、その偏光面が反射直線偏光の偏光面
の回転角に比べて著しく増大された回転角となってい
る。検光子16は、この増大された回転角の直線偏光を
検光するようにその方位角が選択され、光電検出器17
はこの検光光を受光してこれを電子的な強度に変換し、
電気信号Sとして出力する。なお、検光光を例えばスク
リーンなどに投影して肉眼で観察するような場合には、
光電検出器17は省略することができる。
FIG. 10 shows a polarization measuring device as an embodiment of the present invention. The subject 11 is a substance having a property of rotating the plane of polarization of the incident linearly polarized light when reflecting the incident linearly polarized light. The light source unit 12 includes a converging lens and a semiconductor laser or a high-brightness light emitting diode as a semiconductor light source. The convergent light 13 emitted from the light source unit 12 is reflected by the polarizing beam splitter 14 and the test light is given to the subject 11 via the lens 15.
The light reflected by the subject 11 passes through the lens 15, passes through the polarizing beam splitter 14, and further enters the photoelectric detector 17 through the polarizing plate 16 made of a polaroid plate or the like. The polarization beam splitter 14 has, for example, λ = 63
For light of 2.8 nm, p-polarized light transmittance is 98.0%, s-polarized light transmittance is 0.006%, p-polarized light reflectance is 99.0%, s-polarized light reflectance is 0.05%, and extinction ratio (H 90 ) It has a characteristic of 2 × 10 −5 . Therefore, when the convergent light 13 from the light source unit 12 is reflected by the polarization beam splitter 14, it is linearly polarized. Then, the light is condensed on the pupil plane of the lens 15, and the linearly polarized light is collimated by the lens 15 to illuminate the subject 11 uniformly. The reflected light from the subject 11 becomes a linearly polarized light having a plane of polarization that has been rotated with respect to the plane of polarization of the linearly polarized light that has entered. When the linearly polarized light enters the polarization beam splitter 14, a part of the light is reflected and returns to the light source unit 12, and the other part passes through the polarization beam splitter 14. When passing through, the linearly polarized light component that is equal to the azimuth that has been linearly polarized earlier is suppressed, and the component that is orthogonal to this linearly polarized light component is transmitted almost as it is. Has a rotation angle whose polarization plane is significantly increased as compared with the rotation angle of the polarization plane of the reflected linearly polarized light. The azimuth angle of the analyzer 16 is selected so as to analyze the linearly polarized light having the increased rotation angle.
Receives this analysis light and converts it to electronic intensity,
Output as an electric signal S. In the case where the analysis light is projected on a screen or the like and observed with the naked eye,
The photoelectric detector 17 can be omitted.

【0015】上記実施例において、光源ユニット12の
半導体光源をレーザダイオードとすれば、レーザダイオ
ードが射出するレーザ光はもともと直線偏光しているの
で、偏光ビームスプリッタ14の消光比との関連で有利
である。つまり、消光比が1〜2桁小さい偏光ビームス
プリッタを用いても所望の特性を得ることができる。な
お、ここでいう偏光ビームスプリッタとは、直角プリズ
ムの斜面に誘電体の反射膜をコーティングして偏光特性
をもたせ同形状の直角プリズムを接合したものをいう。
光源にレーザダイオードを用いると、上記の有利さの反
面、スペックルノイズの問題を生じうる可能性がある。
そのような場合には、光源ユニット12の半導体光源を
発光ダイオードとするのがよい。高輝度、たとえば10
00mcdあるいはそれ以上の輝度をもつ発光ダイオード
を用いるのが好ましい。
In the above embodiment, if the semiconductor light source of the light source unit 12 is a laser diode, the laser light emitted from the laser diode is originally linearly polarized, which is advantageous in relation to the extinction ratio of the polarization beam splitter 14. is there. That is, even if a polarizing beam splitter having an extinction ratio smaller by one or two digits is used, desired characteristics can be obtained. The polarization beam splitter herein refers to a prism formed by coating a dielectric reflective film on a slope of a right-angle prism to have a polarization characteristic and joining the right-angle prism having the same shape.
When a laser diode is used as a light source, there is a possibility that a problem of speckle noise may occur on the contrary to the above advantage.
In such a case, the semiconductor light source of the light source unit 12 is preferably a light emitting diode. High brightness, eg 10
It is preferable to use a light emitting diode having a luminance of 00 mcd or more.

【0016】偏光ビームスプリッタ14は接合斜面で光
を反射させる際に、入射光を直線偏光化するので偏光子
であるとともに、被検体11からの回転直線偏光を透過
させるときは前記偏光子の方位角と直交する方位角をも
った検光子としてはたらき、この検光子が前記回転直線
偏光の回転角を増大させる。すなわち、偏光ビームスプ
リッタ14は、直線偏光子と被検体からの直線偏光のう
ち前記直線偏光子の方位角と等しい直線偏光成分を抑圧
する一方、この直線偏光成分と直交する成分は透過させ
る検光手段とを兼ねる。もちろん、このような構成でな
く、直線偏光子と検光手段とが分離した形としてもよい
ことは言うまでもない。しかし、偏光ビームスプリッタ
を用いることにより、光学系がきわめてコンパクト化で
きる有利さをもつ。また、検光子16は偏光板でなく、
偏光フィルムとすることも可能である。偏光ビームスプ
リッタ14と離間して設けてもよいし、あるいは偏光ビ
ームスプリッタ14の光射出面に貼り付けるようにして
もよい。上記実施例のように、半導体光源を含む光源ユ
ニット12と偏光ビームスプリッタ14を備える偏光測
定装置は、従来のこの種の装置と比較すると、コンパク
トで極めて小型化された構成となっている。手で持てる
大きさとすることも、もちろん可能である。
The polarizing beam splitter 14 is a polarizer because it linearly polarizes incident light when reflecting light at the junction slope, and when transmitting rotating linearly polarized light from the subject 11, the polarizing beam splitter 14 has an orientation of the polarizer. Acts as an analyzer having an azimuth perpendicular to the angle, which increases the rotation angle of the rotating linearly polarized light. That is, the polarization beam splitter 14 suppresses a linearly polarized light component equal to the azimuthal angle of the linearly polarized light of the linearly polarized light from the linear polarizer and the subject, while transmitting a component orthogonal to the linearly polarized light component. Also serves as a means. Of course, it is needless to say that the linear polarizer and the analyzing means may be separated from each other in such a configuration. However, the use of the polarizing beam splitter has an advantage that the optical system can be made extremely compact. Also, the analyzer 16 is not a polarizing plate,
It is also possible to use a polarizing film. It may be provided separately from the polarization beam splitter 14 or may be attached to the light exit surface of the polarization beam splitter 14. As in the above embodiment, the polarization measurement device including the light source unit 12 including the semiconductor light source and the polarization beam splitter 14 has a compact and extremely miniaturized configuration as compared with a conventional device of this type. Of course, it is also possible to have a size that can be held by hand.

【0017】なお、図10に示した実施例では、直線偏
光子と回転角増大のための検光手段とを単一の偏光ビー
ムスプリッタ14としてこれらの機能を兼用し、小型化
値コンパクト化のためのほぼ最良の態様を示したが、勿
論、直線偏光子と上記検光手段とを各別の機能を果たす
それぞれ独立のもので構成してよいことは言うまでもな
い。図11に、この構成の偏光測定装置の光学系光路図
を示す。14pは直線偏光子、14hはハーフミラー、
14aは直線偏光子14pと直交ニコルの状態に配置さ
れた第1の検光子であり、この検光子14aにより直線
偏光の偏光面の回転角が増大される。その他図10と同
一の参照符号のものは同一ないし相当のものを示してい
る。
In the embodiment shown in FIG. 10, the linear polarizer and the analyzing means for increasing the rotation angle are used as a single polarizing beam splitter 14 for these functions. However, it is needless to say that the linear polarizer and the light detecting means may be constituted by independent members each performing a different function. FIG. 11 shows an optical path diagram of the optical system of the polarization measuring device having this configuration. 14p is a linear polarizer, 14h is a half mirror,
Reference numeral 14a denotes a first analyzer arranged in a crossed Nicols state with the linear polarizer 14p, and the analyzer 14a increases the rotation angle of the plane of polarization of linearly polarized light. In addition, the same reference numerals as those in FIG. 10 indicate the same or corresponding ones.

【0018】また、図10及び図11で示した実施例で
は、被検体11が光反射物体である場合を示したが、光
透過形の被検体を対象とする構成にしてもよい。図12
にこれの実施例の光学系の概略と光路とを示す。光透過
物質11tからの直線偏光を第1の検光子14a、第2
の検光子16を通して集光レンズ19により光電変換器
17に結像する。この実施例は、例えば、検糖計に代表
される旋光計あるいはファラデー効果測定のための偏光
計に用いることができる。
Further, in the embodiment shown in FIGS. 10 and 11, the case where the subject 11 is a light reflecting object is shown, but a configuration may be adopted in which the subject is a light transmitting type subject. FIG.
FIG. 1 shows an outline of an optical system and an optical path according to this embodiment. The linearly polarized light from the light transmitting material 11t is converted into the first analyzer 14a and the second analyzer 14a.
The image is formed on the photoelectric converter 17 by the condenser lens 19 through the analyzer 16 of FIG. This embodiment can be used for, for example, a polarimeter typified by a glucose meter or a polarimeter for measuring the Faraday effect.

【0019】次に、本発明に係る基本光学系を光学顕微
鏡に適用した実施例を説明する。図13はこの実施例の
部分断面図を示している。20は、試料21を載置する
試料台、22は鏡筒に開口した孔から試料21を照明す
るための照明光を与える光源ユニットで、光源としての
半導体レーザと収束性レンズを備えている。23は対物
レンズ、24は顕微鏡の光軸に45°に交差させて設置
した偏光ビームスプリッタ、25は偏光板でなる検光
子、26はリレーレンズ、27はテレコンバータレン
ズ、28はカメラ直筒、29はイメージインテンシファ
イア付きのCCDカメラである。また、30は接眼レンズ
31を備えたアイピースを示している。図14に上記実
施例の主要な光学系とその光路を図解して示す。図13
と同一の参照符号のものは同一ないし相当のものをあら
わしている。光源ユニット22は、半導体レーザ221
とコリメータレンズ222とレンズ223及び224
と、レンズ223とレンズ224の間に設けた開口絞り
225から構成されている。ここで、半導体レーザ22
1には、発振波長670nm、最大出力10mWの可視
域半導体レーザ((株)日本科学エンジニアリング製)を使
用している。レンズ224からの射出光は、偏光ビーム
スプリッタ24の接合斜面で反射させて、対物レンズ2
3の瞳面23p上に集光するようにしている。そして、
この集光角度を小さくするように設定しているので、鏡
筒内で光の蹴られを押さえ試料21を効率よく照明する
ことができる。また、コヒーレントノイズの抑制にも役
立っている。偏光ビームスプリッタ24は、可視半導体
レーザ用の15mm角のもの((株)日本科学エンジニア
リング製)を使用している。特性は、波長670nmの
光に対してp偏光透過率95.0%、s偏光透過率0.0
2%、p偏光反射率95.0%、s偏光反射率0.02
%、消光比(H90)は2×10-5である。CCDカメラ3
0には、イメージインテンシファイア付きCCDカメラ
((株)イマジスタ製・型番DAS512G1)を使用して
いる。このカメラは、MCP(Microchannel Plate)を
用いていないため、空間分解能が高く、暗電流が小さい
という特徴がある。さらに、光電面にS25を用いてお
り、長波長の光にも高感度である。先に述べた光の利用
効率が高いことと、イメージセンサの感度が高いことに
より、リレーレンズ26(2.5倍)とカメラ直筒28及
びテレコンバータ27(2倍)によって結像系で5倍の倍
率が得られる。
Next, an embodiment in which the basic optical system according to the present invention is applied to an optical microscope will be described. FIG. 13 shows a partial sectional view of this embodiment. Reference numeral 20 denotes a sample table on which the sample 21 is placed, and reference numeral 22 denotes a light source unit that provides illumination light for illuminating the sample 21 through a hole opened in a lens barrel, and includes a semiconductor laser as a light source and a converging lens. Reference numeral 23 denotes an objective lens, 24 denotes a polarizing beam splitter that is installed at 45 ° to cross the optical axis of the microscope, 25 denotes an analyzer made of a polarizing plate, 26 denotes a relay lens, 27 denotes a teleconverter lens, 28 denotes a camera straight tube, and 29 denotes a camera. Is a CCD camera with an image intensifier. Reference numeral 30 denotes an eyepiece provided with an eyepiece 31. FIG. 14 illustrates the main optical system of the above embodiment and its optical path. FIG.
Those having the same reference numerals as those described above represent the same or corresponding ones. The light source unit 22 includes a semiconductor laser 221.
And collimator lens 222 and lenses 223 and 224
And an aperture stop 225 provided between the lens 223 and the lens 224. Here, the semiconductor laser 22
For 1, a visible semiconductor laser (manufactured by Nippon Kagaku Engineering Co., Ltd.) having an oscillation wavelength of 670 nm and a maximum output of 10 mW is used. The light emitted from the lens 224 is reflected by the joint slope of the polarizing beam splitter 24 and is reflected by the objective lens 2.
The light is condensed on the third pupil plane 23p. And
Since the converging angle is set to be small, the sample 21 can be efficiently illuminated by suppressing kicking of light in the lens barrel. It also helps to suppress coherent noise. As the polarization beam splitter 24, a 15 mm square one (manufactured by Nippon Kagaku Engineering Co., Ltd.) for a visible semiconductor laser is used. The characteristics are as follows: p-polarized light transmittance 95.0%, s-polarized light transmittance 0.0 for light having a wavelength of 670 nm.
2%, p-polarized light reflectance 95.0%, s-polarized light reflectance 0.02
%, And the extinction ratio (H 90 ) is 2 × 10 −5 . CCD camera 3
0 for CCD camera with image intensifier
(Model number DAS512G1 manufactured by Imagista Co., Ltd.) is used. Since this camera does not use an MCP (Microchannel Plate), it has features of high spatial resolution and small dark current. Furthermore, since S25 is used for the photocathode, it is highly sensitive to long wavelength light. Due to the high light use efficiency and high sensitivity of the image sensor described above, the relay lens 26 (2.5 times), the camera straight tube 28 and the teleconverter 27 (2 times) make the image forming system 5 times. Is obtained.

【0020】尚、この実施例の構成のように、光源にレ
ーザ光源を用いると、干渉縞やスペックルノイズなどの
コヒーレントノイズが発生するのは避けられず、またこ
のノイズは光学系の汚れ、光学素子の表面での反射など
により強くなる。そこで、このコヒーレントノイズを抑
えるために、半導体レーザ221のコリメータレンズ2
22の焦点距離を可変させて選定し、対物レンズ23の
瞳面23p上にほぼ理想的な点光源として集光させるよ
うにし、これにより光学系の構成を単純化して生じるノ
イズを低減化するようにしている。また、高出力のレー
ザを低出力で使用することにより、スペクトル幅を広げ
可干渉距離を短くすることによりコヒーレントノイズの
発生を抑制するようにもしている。実際に使用した半導
体レーザの出力は1mW、スペクトル幅は1.43nm
で、コヒーレンス長は0.3mmであった。このコヒー
レンス長は、出力10mWで使用したときのコヒーレン
ス長のほぼ10分の1である。
When a laser light source is used as the light source as in the configuration of this embodiment, it is inevitable that coherent noise such as interference fringes and speckle noise is generated. It becomes stronger due to reflection on the surface of the optical element. Therefore, in order to suppress the coherent noise, the collimator lens 2 of the semiconductor laser 221 is used.
The focal length of the optical system 22 is changed and selected, and the light is condensed on the pupil plane 23p of the objective lens 23 as an almost ideal point light source, whereby the configuration of the optical system is simplified and noise generated is reduced. I have to. In addition, by using a high-power laser at a low output, the spectrum width is widened and the coherent distance is shortened, thereby suppressing the generation of coherent noise. The output of the semiconductor laser actually used is 1 mW, and the spectrum width is 1.43 nm.
And the coherence length was 0.3 mm. This coherence length is approximately one-tenth of the coherence length when used at an output of 10 mW.

【0021】試料台20に、試料21として例えば磁性
体薄膜をセットしたときの本実施例の顕微鏡の作用を説
明する。光源ユニット22からの射出レーザ光が偏光ビ
ームスプリッタ24の接合斜面に入射したとき、入射光
のp偏光の全部と一部のs偏光は入射方向に透過する
が、ほとんど全部のs偏光はこの面で反射し、直角下向
きに対物レンズ23の方へ進む。対物レンズ23は、こ
の直線偏光化されたs偏光光をコリメートして試料21
を一様に照明する。試料の磁性体薄膜21に入射された
s偏光光がここで反射される際、磁気カー効果によって
この直線偏光は偏光面が回転される。反射光は対物レン
ズ23を通り、偏光ビームスプリッタ24に入射する。
偏光ビームスプリッタ24の接合斜面において、入射光
のs偏光成分は、今度は反射されて光源ユニット22側
に戻る一方、残部のs偏光成分とp偏光成分とはそのま
まここを通過する。したがって、この透過の際、s偏光
成分は(反射により)多量に消失してしまうことから、偏
光ビームスプリッタ24から射出される直線偏光の偏光
面の回転は入射時と比べ大きく増大する。検光子25
は、その方位角が前記透過p偏光成分と透過s偏光成分
の合成された方向を向くようにその位置を選択・設定さ
れるされるので、この合成直線偏光光のみを検光する。
検光光はリレーレンズ26を通り、テレコンバータ27
を通ってCCDカメラ30の光電面に結像される。CC
Dカメラ30は、所定の磁気カー効果を及ぼした磁性体
薄膜21の当該領域部分のみを明るくした強度の画像信
号を出力する。
The operation of the microscope of the present embodiment when, for example, a magnetic thin film is set as the sample 21 on the sample table 20 will be described. When the laser light emitted from the light source unit 22 is incident on the joint slope of the polarization beam splitter 24, all of the p-polarized light and a part of the s-polarized light of the incident light are transmitted in the incident direction, but almost all of the s-polarized light is , And travels downward at a right angle toward the objective lens 23. The objective lens 23 collimates the linearly polarized s-polarized light,
Is illuminated uniformly. When the s-polarized light incident on the magnetic thin film 21 of the sample is reflected here, the plane of polarization of the linearly polarized light is rotated by the magnetic Kerr effect. The reflected light passes through the objective lens 23 and enters the polarization beam splitter 24.
At the junction slope of the polarization beam splitter 24, the s-polarized light component of the incident light is reflected and returns to the light source unit 22 side, while the remaining s-polarized light component and the p-polarized light component pass through here. Therefore, during this transmission, a large amount of the s-polarized light component is lost (due to reflection), so that the rotation of the plane of polarization of the linearly polarized light emitted from the polarization beam splitter 24 greatly increases as compared with the time of incidence. Analyzer 25
Is selected and set so that its azimuth angle is directed to the direction in which the transmitted p-polarized light component and the transmitted s-polarized light component are combined, so that only the combined linearly polarized light is detected.
The analysis light passes through a relay lens 26 and a teleconverter 27.
The image is formed on the photoelectric surface of the CCD camera 30 through CC
The D camera 30 outputs an image signal of an intensity in which only the area of the magnetic thin film 21 having a predetermined magnetic Kerr effect is brightened.

【0022】より具体的に、上記画像信号の処理系を含
む偏光顕微鏡システムを図15に示し、合わせて観測例
を例示してカー回転角増大の有効性を示す。図15中、
22dは光源ユニット22の半導体レーザを駆動制御す
る半導体レーザ駆動装置、29dはCCDカメラ29を
駆動制御するCCD駆動装置であり、この駆動装置29
dを介して画像信号はフレームグラバ35に取り込ま
れ、ここに記憶される。記憶された画像信号は、端末装
置36を操作して、コンピータ装置37により、積算処
理及びバックグラウンド除去処理等の画像処理を施され
る。処理された画像は、CRTモニタ38に表示され、
ハードディスク上に記憶させたり、必要ならばビデオプ
リンタ39により画像出力が行われる。なお、ここで示
した顕微鏡では、直接的には、アイピース30を介して
検光画像を肉眼で観察することができる。また、画像の
記録をするには、上記の電子的システムを利用せずと
も、簡易には、CCDカメラ29に替えてここに銀塩フ
ィルムを装填したカメラを取り付け撮影するといった簡
便な手段を取るようにしてもよい。
More specifically, FIG. 15 shows a polarization microscope system including the above-described image signal processing system, and also shows an example of observation to show the effectiveness of increasing the Kerr rotation angle. In FIG.
Reference numeral 22d denotes a semiconductor laser driving device that drives and controls the semiconductor laser of the light source unit 22, and 29d denotes a CCD driving device that drives and controls the CCD camera 29.
The image signal is taken into the frame grabber 35 via d and stored therein. The stored image signal is subjected to image processing such as integration processing and background removal processing by the computer device 37 by operating the terminal device 36. The processed image is displayed on the CRT monitor 38,
The image is output on a hard disk or, if necessary, by a video printer 39. In the microscope shown here, the analysis image can be directly observed with the naked eye via the eyepiece 30. Further, in order to record an image, a simple means such as mounting a camera loaded with a silver halide film in place of the CCD camera 29 and taking a picture without using the above-mentioned electronic system is simply adopted. You may do so.

【0023】図16、図17に上記実施例に係る偏光顕
微鏡を用いた観察例を示す。試料21には光磁気ディス
クを用い、反平行に垂直磁化した磁区の構造を可視化し
た画像である。検光子25は第5図に示したように、一
方の直線偏光を実質的に非透過とする方向に置いて検光
したものである。図16は、対物レンズに倍率20倍、
NAが0.4の金属対物レンズを使用した場合の磁区構
造の観察像を示し、図15は倍率50倍、NAが0.7
の光磁気ディスク用対物レンズ((株)ニコン製、型番M
Plan50PC)を使用したときの観察像である。両画像
から明らかなように、光磁気ディスクの磁区の形状が高
いコントラストで明瞭に検出されていることが分かる。
FIGS. 16 and 17 show observation examples using the polarizing microscope according to the above embodiment. This is an image obtained by visualizing the structure of magnetic domains perpendicularly magnetized in an anti-parallel direction using a magneto-optical disk as the sample 21. As shown in FIG. 5, the analyzer 25 is one in which one of the linearly polarized lights is placed in a direction in which it is substantially non-transmitted, and is analyzed. FIG. 16 shows that the objective lens has a magnification of 20 times,
FIG. 15 shows an observation image of the magnetic domain structure when a metal objective lens having an NA of 0.4 is used. FIG. 15 shows a magnification of 50 times and an NA of 0.7.
Magneto-optical disk objective lens (manufactured by Nikon Corporation, model number M
It is an observation image when using Plan50PC). As is clear from both images, the shape of the magnetic domain of the magneto-optical disk is clearly detected with high contrast.

【0024】本発明に係る半導体レーザ光源を用いた偏
光顕微鏡によれば、非常に簡単でコンパクト化された構
成にもかかわらず磁区構造を高いコントラストで検出で
きることがわかった。この顕微鏡のカー回転角の増大率
を計測した結果、理論値の35倍に対して、20倍の対
物レンズを用いたとき30倍、50倍の対物レンズを用
いたとき10倍の増大率が得られた。対物レンズなどに
より、偏光面が歪むにも拘わらず理論値に近い偏光面回
転角の増大が得られており、本発明に係る偏光面の回転
角増大手法がいかに有効であるかを示すものである。
According to the polarizing microscope using the semiconductor laser light source according to the present invention, it has been found that the magnetic domain structure can be detected with high contrast despite a very simple and compact structure. As a result of measuring the increase rate of the Kerr rotation angle of this microscope, the increase rate of 30 times when using a 20 times objective lens and 10 times when using a 50 times objective lens is 35 times the theoretical value. Obtained. Due to the objective lens and the like, despite the fact that the polarization plane is distorted, an increase in the polarization plane rotation angle close to the theoretical value has been obtained, and shows how the polarization plane rotation angle increasing method according to the present invention is effective. is there.

【0025】尚、この偏光面回転角増大手法は、対物レ
ンズによる偏光面の歪みも増大する。この対物レンズに
よる偏光面の歪みは、対物レンズのNAが大きくなるほ
ど大きくなる。50倍の対物レンズを用いたときの増大
率が20倍対物レンズの場合よりも増大率が低いのはこ
のためであると考えられる。もっとも、この偏光面の歪
みは、レクチファイア付の対物レンズを使用する事で簡
易に除去できるものである。
In this polarization plane rotation angle increasing method, distortion of the polarization plane due to the objective lens also increases. The distortion of the polarization plane due to the objective lens increases as the NA of the objective lens increases. It is considered that this is why the increase rate when the 50 × objective lens is used is lower than that when the 20 × objective lens is used. However, this distortion of the polarization plane can be easily removed by using an objective lens with a rectifier.

【0026】また、図16、図17の観察像を見ると、
それぞれの像において歪曲が現れている。特に、20倍
の像では、光磁気ディスクのグルーブが歪曲を受けてい
る。この歪曲の仕方は、偏光ビームスプリッタを交換す
ると変わり、、偏光ビームスプリッタそれぞれに固有で
あることをつきとめている。このことから、この歪曲は
観察像を得るのに使用した偏光ビームスプリッタの面精
度に一因があるものと考えられる。
Referring to the observation images of FIGS. 16 and 17,
Distortion appears in each image. In particular, in an image of 20 times, the groove of the magneto-optical disk is distorted. The manner of this distortion changes when the polarization beam splitters are exchanged, and it has been found that the distortion is unique to each polarization beam splitter. From this, it is considered that this distortion is partly due to the surface accuracy of the polarizing beam splitter used to obtain the observation image.

【0027】また、コヒーレントノイズの抑制も、表面
平滑な光磁気ディスクに対しては、有効であると解釈で
きる。もっとも、相当に粗い粗面をもった試料に対して
は、スペックル雑音が現れることから、このような試料
に対しては、レーザ光を走査するなどのスペックル雑音
除去の手段を採る必要がある。
The suppression of coherent noise can be interpreted as being effective for a magneto-optical disk having a smooth surface. However, speckle noise appears on a sample with a considerably rough surface, so it is necessary to use a means of removing speckle noise, such as scanning a laser beam, on such a sample. is there.

【0028】次に、図18により、本発明に係る偏光顕
微鏡の他の実施例を説明する。図18において、40は
被検体41を載置する台であり、この顕微鏡は、該台4
0に離間して設けられ前記被検体41表面の拡大された
実像を形成しうる対物レンズ43と、被検体41に照明
光を供給する光源ユニット42と、この光源ユニット4
2と被検体41との間の光路中に設けられる直線偏光子
44a,44bと、被検体41で反射された直線偏光の
うち直線偏光子44aの方位角と等しい直線偏光成分を
抑圧する一方、この直線偏光成分と直交する成分は透過
させる検光手段44a,44bと、この検光手段からの
直線偏光を検光する検光子45と、この検光子からの光
を可視化する可視化手段としての例えばイメージセンサ
50とを備え、46はリレーレンズ、47はテレコンバ
ータレンズである。光源ユニット42には、光源として
の高輝度発光ダイオード421と、コリメータレンズ4
22と、収束性レンズ423及び424と、開口絞り4
25とを備えている。直線偏光子44a,44b及び検
光手段44a,44bは、両者を兼用する単一の偏光ビ
ームスプリッタ44により構成されている。偏光ビーム
スプリッタ44は、その接合斜面が各光軸に対して45
度となるように設定されている。高輝度発光ダイオード
421からの光は、レンズ424,422,423によ
って収束光となり、偏光ビームスプリッタ44により反
射される際に直線偏光化され、対物レンズ43の瞳面4
3p上に小さな集光角をなして集光される。この集光光
は、対物レンズ43によりコリメートされ、被検体41
を一様に照明する。被検体41からの反射光は、偏光面
の回転を受けており、この偏光面の回転は、偏光ビーム
スプリッタ44を通過する際に増大され、検光子45に
より検光され、イメージセンサ50上に結像される。こ
れにより、入射直線偏光を回転させた被検体41の拡大
像を観察することができる。
Next, another embodiment of the polarization microscope according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 18, reference numeral 40 denotes a table on which a subject 41 is placed.
An objective lens 43 provided at a distance of 0 to form an enlarged real image of the surface of the subject 41; a light source unit 42 for supplying illumination light to the subject 41;
Linear polarizers 44a and 44b provided in an optical path between the light source 2 and the subject 41, and a linear polarization component equal to the azimuthal angle of the linear polarizer 44a among the linearly polarized light reflected by the subject 41, Analyzing means 44a and 44b for transmitting components orthogonal to the linearly polarized light component, an analyzer 45 for analyzing linearly polarized light from the analyzing means, and a visualizing means for visualizing light from the analyzer, for example. An image sensor 50 is provided, 46 is a relay lens, and 47 is a teleconverter lens. The light source unit 42 includes a high-intensity light emitting diode 421 as a light source and a collimator lens 4.
22, the converging lenses 423 and 424, and the aperture stop 4
25. The linear polarizers 44a and 44b and the analyzing means 44a and 44b are constituted by a single polarizing beam splitter 44 which also serves as both. The polarizing beam splitter 44 has a joint slope 45 ° with respect to each optical axis.
It is set to be a degree. The light from the high-brightness light emitting diode 421 is converged by the lenses 424, 422, and 423, is linearly polarized when reflected by the polarizing beam splitter 44, and is converted to a pupil plane 4 of the objective lens 43.
Light is condensed at a small light converging angle on 3p. This condensed light is collimated by the objective lens 43 and
Is illuminated uniformly. The reflected light from the subject 41 undergoes a rotation of the polarization plane, and the rotation of the polarization plane is increased when passing through the polarization beam splitter 44, is analyzed by the analyzer 45, and is reflected on the image sensor 50. It is imaged. Thereby, it is possible to observe an enlarged image of the subject 41 in which the incident linearly polarized light is rotated.

【0029】図18の偏光顕微鏡は、被検体41を光反
射体とした場合の構成を示しているが、被検体が光透過
体である場合も基本の構成は図18のものと同様であ
る。
The polarization microscope shown in FIG. 18 shows a configuration in which the subject 41 is a light reflector, but the basic configuration is the same as that in FIG. 18 even when the subject is a light transmitting body. .

【0030】上記実施例において、光源に高輝度発光ダ
イオードを用いた利点としては、まず、光源がインコヒ
ーレントであるためにレーザ光源におけるようなコヒー
レントノイズが現れないことが挙げられる。また、発光
ダイオードは、光変換効率が高いために消費電力が小さ
く、発熱が小さいために、試料の熱による損傷等を回避
できるという特徴をもつ。例えば、生物試料などに特に
有効である。
In the above embodiment, an advantage of using a high-intensity light emitting diode as a light source is that coherent noise does not appear as in a laser light source because the light source is incoherent. Further, the light emitting diode has a feature that power consumption is small due to high light conversion efficiency and heat generation is small, so that damage to the sample due to heat can be avoided. For example, it is particularly effective for biological samples and the like.

【0031】この実施例による観察例を図19に示す。
高輝度発光ダイオード光源421に、(株)東芝製の型番
TLRO180APすなわちInGaAlPを用いた輝度
1000mcd、発振波長620nmのものを用い、偏
光ビームスプリッタ44には、(株)HOYA製のHe−
Ne(λ=632.8nm)用の偏光ビームスプリッタを使用し
(なお、この偏光ビームスプリッタは632.8nmの光に対し
てp偏光透過率98.0%、s偏光透過率0.006%、p偏光反射
率99.0%、s偏光反射率0.05%、消光比(H90)2×10-5
あり、波長620nmにおいても消光比3×10-5が保証された
ものである)、イメージセンサ50にスロースキャンの
高感度CCDカメラ(FLOVEL製、型番HCB14
50)を使用したときの、光磁気ディスク表面の磁区構造
の観察像である。対物レンズは倍率が20倍、NAは0.
65の蛍光用対物レンズを用いた。この結果の観察画像
に見られるように、一般的な光磁気ディスクの構造と対
照してみると、0.7μm程度の空間分解が得られている
ことがわかる。
FIG. 19 shows an observation example according to this embodiment.
As the high-brightness light emitting diode light source 421, a model number TLRO180AP manufactured by Toshiba Corp., that is, a device having a luminance of 1000 mcd using InGaAlP and an oscillation wavelength of 620 nm is used, and a He- manufactured by HOYA Corp. is used as the polarization beam splitter 44.
Use a polarizing beam splitter for Ne (λ = 632.8nm)
(Note that this polarizing beam splitter has a p-polarized light transmittance of 98.0%, a s-polarized light transmittance of 0.006%, a p-polarized light reflectance of 99.0%, an s-polarized light reflectance of 0.05%, and an extinction ratio (H 90 ) 2 of 632.8 nm light. × 10 −5 , and an extinction ratio of 3 × 10 −5 is guaranteed even at a wavelength of 620 nm), and a slow scan high sensitivity CCD camera (manufactured by FLOVEL, model number HCB14) is attached to the image sensor 50.
50 is an observed image of a magnetic domain structure on the surface of a magneto-optical disk when using (50). The objective lens has a magnification of 20 times and NA of 0.2.
65 fluorescent objective lenses were used. As can be seen from the observation image of this result, it can be seen that a spatial resolution of about 0.7 μm is obtained in comparison with the structure of a general magneto-optical disk.

【0032】なお、より高い分解の像を得るためには、
輝度がより大きく(現在、2000mcd以上の発光ダイオード
も知られている。)、また発光ダイオードの発光部分の
面積がより小さいタイプのものを使用すること(対物レ
ンズ瞳面43pに点状光源としてより小さく集光し、試
料が例えば極カー効果を検出すべきものである場合には
試料への完全な光の垂直入射を実現するようにする)、
及び用いる偏光ビームスプリッタの波長を発光ダイオー
ドの波長と適合させることなどが考えられる。
In order to obtain a higher resolution image,
Use a type having a higher luminance (currently, a light emitting diode of 2000 mcd or more is also known), and a light emitting diode having a smaller light emitting area (a point light source is more suitable for the objective lens pupil surface 43p). Focus small and try to achieve perfect normal light incidence on the sample if the sample is to detect, for example, the polar Kerr effect),
For example, it is conceivable to match the wavelength of the polarizing beam splitter to be used with the wavelength of the light emitting diode.

【0033】尚、上述の実施例において、被検体が光反
射体すなわち主として固体である場合、被検体に入射さ
せる直線偏光は被検体に垂直ないし垂直に近い角度で入
射させるのがよい。一般に直線偏光が固体表面に斜めの
入射角で入射したとき、反射光は楕円偏光となり、エネ
ルギとして考えると、反射直線偏光を検出する検出系に
おいて多少のエネルギの減少を来すからである。尤も、
直線偏光を斜めの入射角で入射させることを妨げるもの
ではない。逆に、直線偏光を斜めに入射すると、反射光
は楕円偏光になり、その主軸の方向が入射直線偏光光の
偏光の方向から回転するので、本発明に係る手法を用い
ると、楕円偏光の検出も容易化でき、そして増大された
回転角とともに楕円の長軸と短軸の比である楕円率によ
り、物質の光学定数nとκを求めたり、薄膜の膜厚を求
めたりすることができ、すなわち本手法をエリプソメー
タに活用することもできる。
In the above embodiment, when the object is a light reflector, that is, mainly a solid, it is preferable that the linearly polarized light to be incident on the object be incident on the object at an angle perpendicular to or nearly perpendicular to the object. Generally, when linearly polarized light is incident on a solid surface at an oblique incident angle, the reflected light becomes elliptically polarized light, and when considered as energy, a detection system that detects reflected linearly polarized light slightly reduces energy. Of course,
This does not prevent linearly polarized light from being incident at an oblique incident angle. Conversely, when linearly polarized light is incident obliquely, the reflected light becomes elliptically polarized light, and the direction of the principal axis rotates from the direction of polarization of the incident linearly polarized light. And the ellipticity, which is the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse, together with the increased rotation angle, can be used to determine the optical constants n and κ of the material, and to determine the thickness of the thin film, That is, the present method can be used for an ellipsometer.

【0034】図20は、他の実施例を示し、試料面を光
走査する偏光顕微鏡の概略構成図である。図20におい
て、試料台70には、試料71が載置される。光源とし
ての半導体レーザ72は、例えば(株)松下電器産業製・
発振波長790nm、最大出力50mW、最大変調周波
数1GHe以上のGaAlAs半導体レーザを使用し、こ
の半導体レーザ72は試料71を微小なスポット光で照
明する。半導体レーザ72からの光は、レンズ73によ
ってコリメートされる。コリメートされた光は、光偏向
素子としての音響光学素子74(例えば、(株)松下電子
部品製、型番EFLD250Rなど)により偏向され
る。偏向角は、2.8度〜5.8度、偏向周波数は15k
Hzで行うことができる。偏向された光は、レンズ75
により開口絞り76上に集光される。集光された光は偏
光子77により直線偏光化される。この偏光子77は従
来のように消光比が10-6オーダといったきわめて高い
性能をもつものを用いる必要はなく、10-4程度の通常
一般に用いられるポーラロイド板等の偏光板を使用して
よく、本例ではこれを使用している。偏光子77により
直線偏光化された直線偏光は、レンズ78を介し視野絞
り79を通過して、ミラー80により反射され、対物レ
ンズ81の瞳面上に集光される。さらに、対物レンズ8
1によりコリメートされ、試料71を偏斜照明する。偏
斜照明の角度は、対物レンズ81のNA及び、瞳面上の
レーザ光の集光位置によって決まる。
FIG. 20 shows another embodiment, and is a schematic configuration diagram of a polarization microscope for optically scanning a sample surface. In FIG. 20, a sample 71 is placed on a sample stage 70. The semiconductor laser 72 as a light source is, for example, manufactured by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
A GaAlAs semiconductor laser having an oscillation wavelength of 790 nm, a maximum output of 50 mW, and a maximum modulation frequency of 1 GHe or more is used. The semiconductor laser 72 illuminates the sample 71 with a minute spot light. Light from the semiconductor laser 72 is collimated by the lens 73. The collimated light is deflected by an acousto-optic device 74 (for example, model number EFLD250R, manufactured by Matsushita Electronics Co., Ltd.) as a light deflection device. Deflection angle is 2.8 degrees to 5.8 degrees, deflection frequency is 15k
Hz. The deflected light passes through the lens 75
Is condensed on the aperture stop 76. The condensed light is linearly polarized by the polarizer 77. It is not necessary to use a polarizer 77 having an extremely high performance such as an extinction ratio of 10 -6 , unlike a conventional polarizer, and a polarizer such as a commonly used polaroid plate of about 10 -4 may be used. In this example, this is used. The linearly polarized light that has been linearly polarized by the polarizer 77 passes through the field stop 79 via the lens 78, is reflected by the mirror 80, and is condensed on the pupil plane of the objective lens 81. Furthermore, the objective lens 8
1 illuminates the sample 71 obliquely. The angle of the oblique illumination is determined by the NA of the objective lens 81 and the focusing position of the laser light on the pupil plane.

【0035】試料71、例えば、薄膜磁気ヘッドとする
と、薄膜磁気ヘッド表面からの反射光は縦カー効果によ
って偏光面が回転する。偏光面がカー回転された直線偏
光は、対物レンズ81を透過し、偏光子77と直交ニコ
ルの状態に配置された第1の検光子82によりカー回転
による回転角が20〜30倍増大される。すなわち、偏光
子77を透過した直線偏光の方位角の成分を抑圧して、
この成分と直交する成分はそのまま透過させて光強度は
低下するものの回転角は著しく増大されている。第2の
検光子83は、この回転角が増大された直線偏光を検光
する。この検光子83を透過した光は、微弱化している
が、結像レンズ84により例えばイメージインテンシフ
ァイア付きCCDカメラ85により画像として検出す
る。この画像は、画像処理装置86(例えば、(株)浜松
ホトニクス製、型番DVS−3000)により、積算処
理及びバックグラウンド除去処理を行い、モニタ87に
表示される。この磁区観察用の偏光顕微鏡は、音響光学
素子を用いて開口絞り上でレーザ光を走査することによ
り、光の損失をを抑えて干渉縞やスペックルノイズなど
のコヒーレントノイズの除去ができるという特徴をもっ
ている。また、高出力の半導体レーザを光源としてもち
いることによって、従来の磁区観察顕微鏡よりもコンパ
クトな光学系を実現している。
Assuming that the sample 71 is, for example, a thin film magnetic head, the plane of polarization of reflected light from the surface of the thin film magnetic head is rotated by the vertical Kerr effect. The linearly polarized light whose polarization plane has been Kerr-rotated transmits through the objective lens 81, and the rotation angle due to Kerr rotation is increased by 20 to 30 times by the first analyzer 82 arranged in a state of orthogonal Nicols with the polarizer 77. . That is, the azimuthal component of the linearly polarized light transmitted through the polarizer 77 is suppressed,
The component orthogonal to this component is transmitted as it is, and although the light intensity is reduced, the rotation angle is significantly increased. The second analyzer 83 analyzes the linearly polarized light whose rotation angle has been increased. The light transmitted through the analyzer 83 is weakened, but is detected as an image by the imaging lens 84, for example, by the CCD camera 85 with an image intensifier. This image is subjected to integration processing and background removal processing by an image processing device 86 (for example, model number DVS-3000, manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.) and displayed on a monitor 87. This polarization microscope for magnetic domain observation is capable of suppressing coherent noise such as interference fringes and speckle noise by suppressing laser light by scanning laser light over an aperture stop using an acousto-optic device. Have. Further, by using a high-output semiconductor laser as a light source, an optical system more compact than a conventional magnetic domain observation microscope is realized.

【0036】そして、例えば、試料としての薄膜磁気ヘ
ッド71を動作させ、その動作と半導体レーザ駆動装置
88の駆動回路とを同期させるように構成して、磁気ヘ
ッドの動作状態での磁区構造のストロボスコピックな時
間分解観察を容易に行うことができる。高速に動作して
いる状態での磁気ヘッドの磁区構造の動特性を知ること
によって記録/再生特性のより向上した磁気デバイスの
実現が期待できる。図21は薄膜磁気ヘッドの磁区によ
り分割されたヘッド本体の平面的な模式図を示してい
る。図21(A)は磁区の構造、同図(B)は(A)に矢印で
示された磁化の方向に基づく磁気光学効果による直線偏
光の偏光面の回転を示し、同図(C)はこの回転された直
線偏光を検出してこれをコントラストの大小で表した磁
区コントラストの像を示している。本発明に係る偏光顕
微鏡によって、このような磁区コントラスト像を明瞭
に、また時間分解的に観察ないし記録することができ
る。
For example, the thin-film magnetic head 71 as a sample is operated, and the operation is synchronized with the driving circuit of the semiconductor laser driving device 88 so that the strobe of the magnetic domain structure in the operating state of the magnetic head is obtained. Scoping time-resolved observation can be easily performed. Knowing the dynamic characteristics of the magnetic domain structure of the magnetic head while operating at a high speed can be expected to realize a magnetic device with improved recording / reproducing characteristics. FIG. 21 is a schematic plan view of a head main body divided by magnetic domains of the thin-film magnetic head. FIG. 21A shows the structure of the magnetic domain, FIG. 21B shows the rotation of the plane of polarization of linearly polarized light by the magneto-optical effect based on the direction of magnetization indicated by the arrow in FIG. 21A, and FIG. The rotated linearly polarized light is detected, and the image of the magnetic domain contrast is represented by the magnitude of the contrast. With the polarizing microscope according to the present invention, such a magnetic domain contrast image can be clearly observed and recorded in a time-resolved manner.

【0037】上述した偏光面回転角増大手法を用いた偏
光顕微鏡では、いずれも検査対象の一例として、磁性体
のカー効果に基づく磁区観察を中心に説明したが、ここ
に示された偏光顕微鏡は、非常に高感度であるため、磁
区観察以外にも多くの適用例、応用例が考えられる。
In the above-mentioned polarization microscopes using the polarization plane rotation angle increasing method, as an example of the inspection object, the explanation has been made mainly on the observation of the magnetic domain based on the Kerr effect of the magnetic material. Because of its extremely high sensitivity, there are many applications and applications besides magnetic domain observation.

【0038】本発明に係る手法は、例えば、液晶ディス
プレイの技術分野における検査工程に利用できる。すな
わち、例えばTFT液晶パネルのアセンブリにおいてそ
のキープロセスとして、ラビング工程がある。ラビング
処理は、TFT及び透明な画素電極を形成してガラス基
板(TFT基板)と、カラー・フィルタと透明電極を形成
したガラス基板(カラー・フィルタ基板)の双方に対し、
この間に封入される液晶を均一に配列しツイスティド・
ネマティック構造を得るためのポリイミド配向膜を形成
するものであるが、現在、このポリイミド配向膜は、基
板に形成したポリイミド膜を金属製のロール上に付けた
バフ布で一定の方向にこすることによりポリイミド分子
をその方向に整列させている。ところが、このラビング
処理において、基板をこすり過ぎて傷を付けると配向不
良を起こし、光漏れを生じてしまう。また摩擦帯電によ
ってTFTや配向膜を破壊すると点欠陥を生じる等の問
題があり、成品の歩留まり上、この検査が非常に重要な
ものとなっている。ラビング処理品の基板の表面は、幅
10nm程度の微細な溝構造をなし、その欠陥検査は既
存の手法では極めて限られた方法しかない。すなわち、
幅10nm程度の微細な溝構造であるため、光の干渉は
利用できず、現状では、SEM(ScanningElectron M
icroscope:走査型電子顕微鏡)とAFM(Atomic Forc
e Microscope:原子間力顕微鏡)でしか計測できない。
The method according to the present invention can be used, for example, in an inspection process in the technical field of a liquid crystal display. That is, for example, a rubbing step is a key process in the assembly of a TFT liquid crystal panel. The rubbing process is performed on both a glass substrate (TFT substrate) on which a TFT and a transparent pixel electrode are formed, and a glass substrate (color filter substrate) on which a color filter and a transparent electrode are formed.
The liquid crystal sealed during this time is arranged uniformly and twisted.
This is to form a polyimide alignment film to obtain a nematic structure.Currently, this polyimide alignment film is obtained by rubbing a polyimide film formed on a substrate in a certain direction with a buff cloth attached on a metal roll. Thereby aligning the polyimide molecules in that direction. However, in this rubbing treatment, if the substrate is rubbed too much and damaged, poor alignment is caused and light leakage occurs. Further, there is a problem that a point defect occurs when the TFT or the alignment film is destroyed by frictional charging, and this inspection is very important in terms of the yield of the product. The surface of the rubbed substrate has a fine groove structure with a width of about 10 nm, and its defect inspection is limited to existing methods. That is,
Since it has a fine groove structure with a width of about 10 nm, light interference cannot be used, and at present, SEM (Scanning Electron M
icroscope: Scanning electron microscope) and AFM (Atomic Forc)
e Microscope: Atomic force microscope).

【0039】しかし、ここで開示した偏光面回転角増大
手法を用いれば、基板上の幅10nm程度の微細な溝構
造を構造性複屈折を用いて容易に計測できる。
However, if the polarization plane rotation angle increasing method disclosed herein is used, a fine groove structure with a width of about 10 nm on the substrate can be easily measured by using structural birefringence.

【0040】また、民生用の機器では、書き換え可能型
光ディスクにおいて、相変化型と2相ポリマ型を除い
て、現在、光磁気記録に光変調型と磁界変調型の2種類
の光ディスクが主流となって実用化されているが(いず
れも垂直磁化膜の磁化の方向を相反させて信号が記録さ
れ、信号の検出は直線偏光のカー回転を検出する)、こ
の光磁気ディスク再生装置のピックアップに本手法を用
いることができる。光磁気ディスク再生における直線偏
光の偏光面の回転角は一般に1度未満、0.3■0.6度程度
と微小なことから、光学的,電気的に信号対雑音比(S
N比)あるいは搬送波対雑音比(CN比)について十分な
配慮が必要である。光磁気ディスクのメモリとしての性
能は、再生時のC/N(記録再生周波数でのS/N)によ
って知ることができ、理論的には、記録膜の反射率を
R、レーザパワーをP、カー回転角をθとすると、近似
的にC/N〜√(RP)・θで表される。したがって、C
/Nを上げるためには、ノイズの減少や√内のパラメー
タよりもカー回転角θの増大がより直接的に影響する。
光磁気ディスクにおいて、確かに、磁気カー効果による
偏光面の回転角を増大する手法は提案されており、試料
表面にSiO2膜などをコーティングしてこれの多重反
射により回転角を3倍程度増大することが知られている
(T.Niihara,N.Ohota,K.Kaneko,Y.Sugita and
S.Horigoe,"Kerrenhancement to SiO and AlN f
ilms spatterd on plastic substrate",IEEE Tra
ns.Mag.,MGA-22,1215(1986))。しかし、本発明
に係る手法は、試料に対する前処理は一切必要がなく、
検出系において、偏光面の回転を10〜30倍増大させ
ていることに大きな特徴がある。したがって、光磁気デ
ィスクの分野に限ってその応用の可能性をいえば、現状
のピックアップ装置に適用可能であるだけでなく、光磁
気ディスクそれ自体の記録密度を著しく増大させうる可
能性がある。
In consumer-use equipment, two types of rewritable optical disks are currently used for magneto-optical recording, except for the phase change type and the two-phase polymer type. (In both cases, signals are recorded with the direction of magnetization of the perpendicular magnetization film opposite to each other, and signal detection detects Kerr rotation of linearly polarized light.) This technique can be used. Since the rotation angle of the plane of polarization of linearly polarized light in reproducing a magneto-optical disk is generally less than 1 degree and as small as about 0.3 ■ 0.6 degrees, the signal-to-noise ratio (S
Consideration must be given to the N ratio) or the carrier-to-noise ratio (CN ratio). The performance of a magneto-optical disk as a memory can be known from the C / N (S / N at the recording / reproducing frequency) during reproduction. In theory, the reflectance of the recording film is R, the laser power is P, Assuming that the Kerr rotation angle is θ, it is approximately expressed by C / N to √ (RP) · θ. Therefore, C
In order to increase / N, the decrease in noise and the increase in the Kerr rotation angle θ have a more direct effect than the parameters in √.
In the magneto-optical disk, a method of increasing the rotation angle of the polarization plane by the magnetic Kerr effect has been proposed, and the rotation angle is increased by about three times by coating a sample surface with an SiO 2 film or the like and performing multiple reflection. Is known to
(T. Niihara, N. Ohta, K. Kaneko, Y. Sugita and
S. Horigoe, "Kerrenhancement to SiO and AlN f
ilms spatterd on plastic substrate ", IEEE Tra
ns. Mag., MGA-22, 1215 (1986)). However, the method according to the present invention does not require any pretreatment of the sample,
A major feature of the detection system is that the rotation of the polarization plane is increased by 10 to 30 times. Therefore, speaking of the possibility of application only in the field of the magneto-optical disk, not only can it be applied to the current pickup device, but also there is a possibility that the recording density of the magneto-optical disk itself can be significantly increased.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上のように、本発明の偏光測定装置に
よれば、直線偏光の偏光面の回転の検出を容易化すると
ともに、偏光面の回転を高性能な偏光素子を使用せずと
も高精度に検出することができる。本発明の偏光顕微鏡
によれば、直線偏光の偏光面の回転の検出を容易化する
とともに、偏光面の回転を高性能な偏光素子を使用せず
とも高精度に検出することができ、偏光変調された被検
体の領域を明瞭なコントラスト像として可視化すること
ができる。
As described above, according to the polarization measuring device of the present invention, the rotation of the plane of polarization of linearly polarized light can be easily detected, and the rotation of the plane of polarization can be performed without using a high-performance polarizing element. It can be detected with high accuracy. According to the polarizing microscope of the present invention, the rotation of the plane of polarization of linearly polarized light can be easily detected, and the rotation of the plane of polarization can be detected with high accuracy without using a high-performance polarizing element. It is possible to visualize the region of the subject as a clear contrast image.

【0042】また、半導体の光源及び/または偏光ビー
ムスプリッタを用いた場合には、光学系がコンパクト化
され装置全体が極めて小型化されたものとなり、フィー
ルドユースで用いることができ、またそのフィールドユ
ースの使い勝手を著しく向上させることができる。
When a semiconductor light source and / or a polarizing beam splitter is used, the optical system is made compact and the whole device is extremely miniaturized, and can be used for field use. Can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】偏光子により直線偏光化された直線偏光と、偏
光面が回転された直線偏光の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of linearly polarized light linearly polarized by a polarizer and linearly polarized light whose polarization plane is rotated.

【図2】点対称の半分のみを示した本発明の基本原理の
説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the basic principle of the present invention showing only half of point symmetry.

【図3】磁気カー効果の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a magnetic Kerr effect.

【図4】反対平行に垂直磁化した磁性体に直線偏光を入
射したときの極カー効果の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of the polar Kerr effect when linearly polarized light is incident on a magnetic material perpendicularly magnetized in the opposite direction.

【図5】増大されたカー回転角の直線偏光を検光して磁
区コントラストを得る説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for obtaining magnetic domain contrast by detecting linearly polarized light having an increased Kerr rotation angle.

【図6】カー回転角と増大された回転角との関係を示す
グラフである。
FIG. 6 is a graph showing a relationship between a car rotation angle and an increased rotation angle.

【図7】カー回転角に対する回転角の増大率を示すグラ
フである。
FIG. 7 is a graph showing an increase rate of a rotation angle with respect to a Kerr rotation angle.

【図8】カー回転角の変化に対するビジビィリティ(Vi
sibility)すなわちコントラストの大きさを表すグラフ
である。
FIG. 8 shows the visibility (Vi) with respect to a change in the car rotation angle.
7 is a graph showing the magnitude of contrast.

【図9】横軸に10.0マイクロラジアンまでとったカ
ー回転角の変化に対するコントラストの大きさを表すグ
ラフである。
FIG. 9 is a graph showing the magnitude of contrast with respect to a change in the Kerr rotation angle with the horizontal axis taken to 10.0 microradians.

【図10】本発明の一実施例に係る偏光測定装置の光学
系光路図である。
FIG. 10 is an optical path diagram of an optical system of the polarization measuring device according to one embodiment of the present invention.

【図11】本発明の他の実施例に係る偏光測定装置の光
学系光路図である。
FIG. 11 is an optical path diagram of an optical system of a polarization measuring device according to another embodiment of the present invention.

【図12】本発明のさらに他の実施例に係る偏光測定装
置の光学系光路図である。
FIG. 12 is an optical path diagram of an optical system of a polarization measuring device according to still another embodiment of the present invention.

【図13】本発明の一実施例に係る偏光顕微鏡の部分断
面図である。
FIG. 13 is a partial sectional view of a polarization microscope according to one embodiment of the present invention.

【図14】図11に示した偏光顕微鏡の光学系光路図で
ある。
14 is an optical path diagram of the optical system of the polarization microscope shown in FIG.

【図15】一実施例に係る偏光顕微鏡システムの概略構
成図である。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a polarization microscope system according to one embodiment.

【図16】偏光顕微鏡システムを用いて可視出力した光
磁気ディスク上の薄膜の観測画像を示す図面代用写真で
ある。
FIG. 16 is a drawing substitute photograph showing an observed image of a thin film on a magneto-optical disk, which is visually output using a polarizing microscope system.

【図17】異なる対物レンズを使用したときの、偏光顕
微鏡システムを用いて可視出力した光磁気ディスク上の
薄膜の観測画像を示す図面代用写真である。
FIG. 17 is a drawing substitute photograph showing an observed image of a thin film on a magneto-optical disk which is visually output using a polarizing microscope system when different objective lenses are used.

【図18】本発明の他の実施例に係る偏光顕微鏡の光学
系光路図である。
FIG. 18 is an optical path diagram of an optical system of a polarization microscope according to another embodiment of the present invention.

【図19】図18に示した実施例を用いて可視出力した
光磁気ディスク上の薄膜の観測画像を示す図面代用写真
である。
FIG. 19 is a drawing substitute photograph showing an observed image of a thin film on a magneto-optical disk that is visually output using the embodiment shown in FIG. 18;

【図20】本発明のさらに別の一実施例の概略構成図で
ある。
FIG. 20 is a schematic configuration diagram of still another embodiment of the present invention.

【図21】薄膜磁気ヘッドの磁区と磁化方向、及びカー
効果による直線偏光の回転とその対応の磁区をコントラ
ストの大小で表した磁化可視化説明図である。
FIG. 21 is a diagram for explaining magnetization visualization in which the magnetic domain and magnetization direction of a thin-film magnetic head, the rotation of linearly polarized light due to the Kerr effect, and the corresponding magnetic domain are represented by the magnitude of contrast.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 直線偏光子から射出される直線偏光 2 直線偏光子の方位角の方向 3 偏光面が回転された直線偏光 5 回転角が増大された直線偏光 93,94 極カー効果による回転を受けた直線偏光 95 検光子 11 被検体 12 光源ユニット 14 偏光ビームスプリッタ 15 対物レンズ 16 検光子 17 光電変換器 20,40 試料台 21,41 被検体 22,42 光源ユニット 23,43 対物レンズ 24,44 偏光ビームスプリッタ 25,45 検光子 29,50 CCDカメラ 221 半導体レーザ 421 高輝度発光ダイオード 72 半導体レーザ 74 音響偏向素子 77 直線偏光子 82 第1の検光子 83 第2の検光子 88 半導体レーザ駆動制御装置 71 被検体としての薄膜磁気ヘッド。 Reference Signs List 1 Linear polarized light emitted from linear polarizer 2 Direction of azimuth angle of linear polarizer 3 Linear polarized light whose polarization plane is rotated 5 Linear polarized light whose rotation angle is increased 93,94 Linear polarized light rotated by polar Kerr effect 95 Analyzer 11 Subject 12 Light source unit 14 Polarizing beam splitter 15 Objective lens 16 Analyzer 17 Photoelectric converter 20, 40 Sample table 21, 41 Subject 22, 42 Light source unit 23, 43 Objective lens 24, 44 Polarizing beam splitter 25 , 45 analyzer 29, 50 CCD camera 221 semiconductor laser 421 high-brightness light-emitting diode 72 semiconductor laser 74 acoustic deflection element 77 linear polarizer 82 first analyzer 83 second analyzer 88 semiconductor laser drive controller 71 as subject Thin film magnetic head.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01J 4/04 G01N 21/21 G02B 21/00 G02B 27/28──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01J 4/04 G01N 21/21 G02B 21/00 G02B 27/28

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】磁気光学効果による偏光面の回転が1°以
下の被検体と離間して設けられ前記被検体の拡大された
実像を形成する対物レンズと、前記被検体に光を供給す
る光源と、この光源と前記被検体との間の光路中に設け
られる直線偏光子と、前記被検体からの直線偏光のうち
前記直線偏光子の方位角と等しい直線偏光成分を抑圧す
る一方、この直線偏光成分と直交する成分は透過させる
検光手段と、この検光手段からの直線偏光を検光する検
光子と、この検光子からの光を可視化する可視化手段と
を備えたことを特徴とする偏光顕微鏡。
1. An objective lens which is provided apart from a subject whose rotation of a polarization plane due to a magneto-optical effect is 1 ° or less and forms an enlarged real image of the subject, and a light source which supplies light to the subject And a linear polarizer provided in an optical path between the light source and the subject, and a linear polarization component equal to the azimuthal angle of the linear polarizer among the linearly polarized light from the subject, and It is characterized by comprising an analyzer for transmitting a component orthogonal to the polarization component, an analyzer for analyzing linearly polarized light from the analyzer, and a visualizer for visualizing light from the analyzer. Polarized light microscope.
【請求項2】前記光源は、半導体の光源である請求項1
記載の偏光顕微鏡。
2. The light source according to claim 1, wherein said light source is a semiconductor light source.
Polarized light microscope as described.
【請求項3】前記被検体は光反射体であり、前記直線偏
光子と前記検光手段とは単一の偏光ビームスプリッタで
なる、請求項1または2のいずれかに記載の偏光顕微
鏡。
3. The polarization microscope according to claim 1, wherein said subject is a light reflector, and said linear polarizer and said analyzing means are a single polarizing beam splitter.
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