DE102020127895A1

DE102020127895A1 - Bilderfassungssystem und bilderfassungsverfahren

Info

Publication number: DE102020127895A1
Application number: DE102020127895.0A
Authority: DE
Inventors: Ryoko Araki; Teruo Kohashi; Jun Xie
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2040-10-23
Also published as: JP7291618B2; JP2021101157A; US11163974B2; CN113030238A; CN113030238B; DE102020127895B4; US20210192178A1

Abstract

Bei einem Bilderfassungssystem wird eine Verformungsverteilung in einem weiten Bereich einfach gemessen. Ein Standardbild der magnetischen Domäne einer Probe, die als Standard dient, wird durch Lichtstrahlung unter Verwendung eines externen Standardmagnetfeldes, das als Standard dient, erfasst, eine Mehrzahl von Magnetdomänenbildern wird in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld angelegt ist, während es verändert wird, erfasst, eine Mehrzahl von Subtraktionsbildern, die durch Subtrahieren des Standardbildes der magnetischen Domäne von jedem der Mehrzahl von Magnetdomänenbildern erhalten werden, wird erfasst, ein Magnetisierungsumkehrungsbereich, in dem eine magnetische Domäne umgekehrt ist, wird aus jedem der Mehrzahl von Subtraktionsbildern extrahiert, und ein Komposit-Bild mit einer Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen wird durch Zusammensetzen der Mehrzahl von Subtraktionsbildern, von denen jedes den Magnetisierungsumkehrungsbereich aufweist, gewonnen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bilderfassungssystem und ein Bilderfassungsverfahren.
Beschreibung der zugehörigen Technik
In den letzten Jahren besteht ein zunehmender Bedarf an Energieeinsparung, um die Umweltbelastung zu verringern. Einhergehend mit diesem Trend werden elektronische Steuerungskomponenten wie beispielsweise ein Motor, ein Solenoid und ein Transformator mit höherer Leistung, besserer Steuerung, höherem Wirkungsgrad und geringerem Stromverbrauch gewünscht. Diese Komponenten enthalten hauptsächlich einen elektrischen Draht und einen Eisenkern und wandeln elektrische Energie und magnetische Energie um. Hierbei ist die effiziente Energieumwandlung die wichtigste bei einer Energiesparmaßnahme.
Für den Eisenkern wird hauptsächlich ein weichmagnetisches Material verwendet, und im Allgemeinen wird elektromagnetischer Stahl verwendet. Wenn Spannung oder Verformung auf den elektromagnetischen Stahl oder das weichmagnetische Material ausgeübt wird, ändern sich Materialstärke und magnetische Eigenschaften. Im Allgemeinen verursacht die Spannung oder die Verformung eine Materialversprödung oder dergleichen, was zu Schäden führt. Uneinheitliche magnetische Eigenschaften in einer Probe behindern die Verbesserung der Eigenschaften.
Allerdings kann bei einigen elektromagnetischen Stählen die Leistung durch wirksames Steuern der Verformung verbessert werden. Es ist bekannt, dass sich bei einem magnetischen Material die magnetischen Eigenschaften aufgrund einer Form und einer Größe eines Korns, einer Korngrenzenstreuung und einer Korngrenzenform zwischen einem Korn und einem Korn erheblich ändern.
Daher besteht ein Bedarf an einem Verfahren, das problemlos ein Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Verformung feststellen und einen von der Verformung betroffenen Bereich bewerten kann und weiterhin eine Ursache der Verformung klären kann. Gleichzeitig besteht auch ein Bedarf an einem Verfahren, das eine Kornform, eine Korngröße, Korngrenzenstreuung oder dergleichen bewerten kann.
In der zugehörigen Technik gibt es als Verfahren zur Auswertung von Spannungsverformungen ein Verfahren zum Messen einer Änderung einer Gitterkonstante durch ein Verfahren, das einen Röntgenstrahl, ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM), eine Elektronenrückstreubeugung („electron backscatter diffraction“; EBSD) oder dergleichen einsetzt. Als Korngrenzenanalyse gibt es ein Verfahren, das ein Rückstreuelektronen-(„backscattered electron“; BSE)-Bild einsetzt. Zum Beispiel offenbart JP-A-2002-156361 (Patentliteratur 1) ein Verfahren zum Abschätzen der magnetischen Permeabilität auf der Grundlage eines bekannten Materials.
Bei der zugehörigen Technik kann bei der Messung unter Verwendung eines Röntgenstrahls, der bei der Auswertung der Spannungsverformung eingesetzt wird, keine Stelle angegeben werden, an der eine Verformung vorliegt, da nur ein durchschnittlicher Verformungswert eines ganzen Probenstücks bekannt ist. Darüber hinaus ist die Verformungsmessung durch ein TEM eine Auswertung in einer Größenordnung von nm, und es ist schwierig, eine Probe in einem weiten Bereich zu messen.
Da selbst bei der Verformungsmessung durch EBSD eine Oberfläche geglättet werden muss, ist es ebenso erforderlich, die Oberfläche einer Probe zur Betrachtung zu bearbeiten. Daher ist es schwierig, eine Ursache der Verformung zu analysieren, und eine Häufigkeit der Verformung und die Ursache der Verformung können nicht geklärt werden.
Um eine Korngrenze aus einem BSE-Bild zu analysieren, ist es außerdem erforderlich, die Probe in ein Vakuum zu bringen, und die Form der Probe ist begrenzt.
Nach einem in Patentliteratur 1 offenbarten Verfahren kann eine magnetische Permeabilität auf der Grundlage eines bekannten Materials geschätzt werden, aber ein Zustand der Verformungsverteilung kann nicht erfasst werden. Daher ist es erwünscht, eine Verformungsverteilung in einem weiten Bereich einfach zu messen.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Ein Gegenstand der Erfindung besteht darin, die Verformungsverteilung im weiten Bereich in einem Bilderfassungssystem problemlos zu messen.
Ein Bilderfassungssystem gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Signalverarbeitungseinheit und erfasst ein Bild einer Probe, die ein magnetisches Material enthält. Die Signalverarbeitungseinheit ist dazu ausgebildet, ein Standardbild der magnetischen Domäne der Probe, die als Standard dient, durch Lichtstrahlung unter Verwendung eines externen Standardmagnetfeldes, das als Standard dient, zu erfassen, eine Mehrzahl von Magnetdomänenbildern in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld angelegt ist, während es verändert wird, zu erfassen, eine Mehrzahl von Subtraktionsbildern zu gewinnen, die durch Subtrahieren des Standardbildes der magnetischen Domäne von jedem der Mehrzahl von Magnetdomänenbildern erhalten werden, von jedem der Mehrzahl von Subtraktionsbildern einen Magnetisierungsumkehrungsbereich, in dem die Magnetisierung umgekehrt ist, zu extrahieren, und durch Zusammensetzen der Mehrzahl von Subtraktionsbildern, die jeweils einen Magnetisierungsumkehrungsbereich aufweisen, ein Komposit-Bild mit einer Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen zu gewinnen.
Ein Bilderfassungsverfahren gemäß einem Aspekt der Erfindung erfasst ein Bild einer Probe, die ein magnetisches Material enthält. Das Bilderfassungsverfahren beinhaltet: einen Schritt des Erfassens eines Standardbildes einer magnetischen Domäne der Probe, die als Standard dient, durch Bestrahlung mit Licht unter Verwendung eines externen Standardmagnetfeldes, das als Standard dient; einen Schritt des Erfassens einer Mehrzahl von Magnetdomänenbildern in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld angelegt ist, während es verändert wird; einen Schritt des Erfassens einer Mehrzahl von Subtraktionsbildern, die durch Subtrahieren des Standardbildes der magnetischen Domäne von jedem der Mehrzahl von Magnetdomänenbildern erhalten werden; einen Schritt des Extrahierens eines Magnetisierungsumkehrungsbereichs, in dem die Magnetisierung umgekehrt ist, aus jedem der Mehrzahl von Subtraktionsbildern; und einen Schritt des Erhaltens eines Komposit-Bildes mit einer Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen durch Zusammensetzen der Mehrzahl von Subtraktionsbildern, die jeweils einen Magnetisierungsumkehrungsbereich aufweisen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es möglich, in einem Bilderfassungssystem eine Verformungsverteilung in einem weiten Bereich problemlos zu messen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Bilderfassungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Bilderfassungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
Die 3A bis 3C sind erläuternde Diagramme, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Gewinnen eines Subtraktionsbildes zeigen.
Die 4A bis 4D sind erläuternde Diagramme, die ein Beispiel für Subtraktionsbilder zeigen.
5 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Zuordnungsbildes eines Magnetisierungsumkehrungsbereichs zeigt.
6 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für eine Konfiguration eines Verformungsverteilungsdiagramms zeigt.
7 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für eine Betriebs-GUI gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Bilderfassungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Bilderfassungsverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
Die 10A bis 10C sind erläuternde Diagramme, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Erfassen einer Korngrenze aus dem Subtraktionsbild zeigen.
11 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für ein Korngrenzenbild zeigt.
12 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel für eine Betriebs-GUI gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden die Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
Eine Konfiguration eines Bilderfassungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Das Bilderfassungssystem enthält ein Tischmechaniksystem, ein optisches System und ein Bildverarbeitungssystem.
Das Tischmechaniksystem enthält einen Probenhalter 1 mit einem Tisch, der eine aus einem magnetischen Material gebildete Probe 3 fixiert und in XYZ-Achsen beweglich ist, und elektromagnetische Spulen 2, die ein externes Magnetfeld anlegen können. Das optische System enthält einen Detektor 8. Das Bildverarbeitungssystem enthält ein Steuergerät 11 und ein Bildanzeigeterminal (GUI) 12. Das Steuergerät 11 enthält eine Signalverarbeitungseinheit 9 und eine Speichereinheit (Datenbank) 10.
Laserlicht 5 fällt auf eine Ebene der Probe 3 als einfallendes Licht 6, und reflektiertes Licht 7, das von der Ebene der Probe 3 reflektiert wird, wird durch den Detektor 8 detektiert. Hierbei gibt die Bezugsziffer 4 eine Probennormalenrichtung an. Ein durch den Detektor 8 detektiertes Detektionssignal wird an die Signalverarbeitungseinheit 9 gesendet, um einen vorgegebenen Prozess durchzuführen.
Ein Bilderfassungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Zuerst wird die Probe 3 auf dem Probenhalter 1 fixiert und eine Oberflächenform der auf den Probenhalter 1 platzierten Probe 3 wird betrachtet, um ein Formbild (S101) zu erhalten. Zu diesem Zeitpunkt ist kein externes Magnetfeld angelegt. Das heißt, es wird ein lichtmikroskopisches Bild ohne Anlegen eines Magnetfeldes erfasst. Das Formbild kann auch unter Verwendung eines Lichtmikroskops oder dergleichen aufgenommen werden.
Als nächstes wird im gleichen Sichtfeld ein Magnetdomänenbild der Probe 3, das als Standard dient, durch Bestrahlung mit Licht einer vorgegebenen Intensität (S102) erfasst. Zu diesem Zeitpunkt ist kein externes Magnetfeld angelegt. Das heißt, das Magnetdomänenbild wird ohne Anlegen des Magnetfeldes erfasst.
Das hier verwendete Licht ist sichtbares Licht, ultraviolettes Licht oder dergleichen. Eine Tatsache, dass Licht auf die Ebene der aus dem magnetischen Material gebildeten Probe 3 einfällt und sich eine Polarisationsebene des reflektierten Lichts 7 dreht, wird als Kerr-Effekt bezeichnet. In einem Kerr-Mikroskop wird eine Magnetisierungsrichtung der Probe 3 unter Verwendung des Kerr-Effekts detektiert und das Bild der magnetischen Domäne wird erfasst. Das Magnetdomänenbild erhält man unter Verwendung eines longitudinalen Kerr-Effekts oder eines transversalen Kerr-Effekts, wenn die Magnetisierung der Probe 3 in eine Richtung in der Ebene gerichtet ist, und unter Verwendung eines polaren Kerr-Effekts, wenn die Magnetisierung der Probe 3 in eine Richtung senkrecht zu einer Probenoberfläche gerichtet ist.
Um den longitudinalen Kerr-Effekt oder den transversalen Kerr-Effekt zu nutzen, fällt das einfallende Licht 6 in einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die Probennormalenrichtung 4 ein. Um den polaren Kerr-Effekt zu nutzen, fällt das einfallende Licht aus der Probennormalen 4 der Probe 3 ein. Weiterhin wird durch Verschieben eines Polarisators und eines Analysators des Kerr-Mikroskops um etwa 3 bis 5 Grad ein Magnetdomänenkontrast erzeugt und das Magnetdomänenbild lässt sich erhalten. Hier wird das Magnetdomänenbild unter Verwendung des Kerr-Mikroskops erfasst, aber das Magnetdomänenbild kann auch mit anderen Geräten erfasst werden. Zum Beispiel kann das Magnetdomänenbild mit einem Magnetkraftmikroskop („magnetic force microscope“; MFM) oder einem Rasterelektronenmikroskop (REM) erfasst werden.
Als nächstes wird das Magnetdomänenbild in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld durch die elektromagnetischen Spulen 2, die an beiden Enden der Probe 3 installiert sind, angelegt ist, erfasst (S103).
Als nächstes wird ein Subtraktionsbild durch Subtrahieren eines Standardbildes der magnetischen Domäne von dem Magnetdomänenbild, das durch Anlegen des externen Magnetfeldes erhalten wird, erfasst (S104). Ein Bereich, in dem die Magnetisierung umgekehrt ist, wird aus dem erhaltenen Subtraktionsbild extrahiert, um einen Magnetisierungsumkehrungsbereich zu spezifizieren (S105).
Durch Wiederholen der obigen Schritte (S101 bis S105) wird das Subtraktionsbild, in dem das externe Magnetfeld geändert ist, erfasst, und der Magnetisierungsumkehrungsbereich, in dem die Magnetisierung umgekehrt ist, wird aus dem Subtraktionsbild extrahiert und integriert und zu einem Bild kombiniert. Auf diese Weise erhält man ein Komposit-Bild, das ein Zuordnungsbild des Magnetisierungsumkehrungsbereichs ist.
In diesem Fall kann ein Bereich, in dem die Magnetisierung nicht umgekehrt wird, als nichtmagnetischer Bereich bestimmt werden, zum Beispiel ein Korngrenzenbereich, es kann ein Korngrenzenbild gebildet und eine Korngrenzenverteilung kann analysiert werden, was für die Materialanalyse ähnlich wie ein Zuordnungsbild einer Verformungsverteilung wirksam ist. Die erfassten Bilder werden alle in einer Datenbank gespeichert, die eine Speichereinheit 10 darstellt.
Als nächstes wird ein Verformungsbetrag eines jeden Magnetisierungsumkehrungsbereichs berechnet (S106).
Als nächstes wird ein Verformungsverteilungsbild erzeugt und erfasst, indem der Magnetisierungsumkehrungsbereich mit dem Verformungsbetrag in dem Zuordnungsbild (Komposit-Bild) verknüpft wird (S107).
Schließlich wird das Verformungsverteilungsbild verwendet, um eine Ursache der Verformung zu untersuchen (S108).
Ein Erfassungsverfahren für das Subtraktionsbild wird unter Bezugnahme auf die 3A bis 3C beschrieben.
3A stellt das Magnetdomänenbild dar, das man durch Anlegen eines vorgegebenen externen Magnetfeldes erhält. 3B stellt das Standardbild der magnetischen Domäne (ohne Anlegen eines Magnetfeldes) vor dem Anlegen des Magnetfeldes im gleichen Sichtfeld dar. 3C stellt ein Bild, das man durch Subtrahieren des Bildes in 3B von dem Bild in 3A erhält. Durch Anlegen des vorgegebenen äußeren Magnetfeldes ändert sich der Kontrast eines Bereiches, in dem die Magnetisierung umgekehrt ist, und es kann ein Magnetisierungsumkehrungsbereich 31 extrahiert werden.
Als nächstes zeigen die 4A bis 4D Subtraktionsbilder, die durch Subtrahieren des Standardbildes der magnetischen Domäne von dem Bild der magnetischen Domäne erhalten wurden, das durch Anlegen bei gleichzeitigem Ändern des externen Magnetfeldes erhalten wurden.
In den Subtraktionsbildern in den 4A und 4B entstehen die Niedermagnetfeld-Umkehrungsbereiche 41 und 42. In dem Subtraktionsbild in 4C werden ein Mittelmagnetfeld-Umkehrungsbereich 43 und ein Bereich 44, in dem die Magnetisierung nicht umgekehrt ist, gebildet. In dem Subtraktionsbild in 4D ist ein Hochmagnetfeld-Umkehrungsbereich 45 gebildet.
Durch Wiederholen der obigen Schritte (S101 bis S105) ist es möglich, das Magnetdomänenbild, in dem die Kontraste verschiedener Bereiche entsprechend den jeweiligen äußeren Magnetfeldern verändert sind, zu erhalten.
5 zeigt ein Zuordnungsbild (Komposit-Bild) des Magnetisierungsumkehrungsbereichs.
Durch Kombinieren der Subtraktionsbilder (4A bis 4D), die man durch Subtrahieren des Standardbildes der magnetischen Domäne von dem Magnetdomänenbild, das man durch Anlegen bei gleichzeitigem Ändern des externen Magnetfeldes erhält, erhält und die in den 4A bis 4D gezeigt sind, gewinnt man das Komposit-Bild mit einer Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen. So werden in dem Komposit-Bild die Niedermagnetfeld-Umkehrungsbereiche 41 und 42, in denen die Magnetisierung durch ein geringes Magnetfeld umgekehrt wird, der Mittelmagnetfeld-Umkehrungsbereich 43, in dem die Magnetisierung durch ein mittleres Magnetfeld umgekehrt wird, der Bereich 44, in dem die Magnetisierung nicht umgekehrt wird, und der Hochmagnetfeld-Umkehrungsbereich 45, in dem die Magnetisierung durch ein hohes Magnetfeld umgekehrt wird, gebildet. Durch Extrahieren von Bereichen, in denen die Magnetisierung umgekehrt wird, und Integrieren der Bereiche in ein Bild, lässt sich das Zuordnungsbild der Umkehrbereiche erhalten.
Als nächstes werden, wie in 6 gezeigt, die Verformungsbeträge der Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereiche berechnet, und das Verformungsverteilungsbild wird durch Zuordnen des Magnetisierungsumkehrungsbereichs zu dem Verformungsbetrag in dem Komposit-Bild gewonnen.
Hier wird in einem Fall, in dem das externe Magnetfeld H_inv ist, wenn die Magnetisierung umgekehrt ist, eine Anisotropiekonstante K_u zu diesem Zeitpunkt durch den folgenden Ausdruck 1 dargestellt. $K_{u} \propto H_{inv} \times I_{s} I_{s} : spontane Magnetisierung$
Aus einem Ausdruck der Energie der magnetischen Anisotropie wird die Spannung σ durch den folgenden Ausdruck 2 ausgedrückt. $σ \propto K_{u} / λ λ : Magnetostriktionskonstante$
Der Verformungsbetrag ε wird in S106 in 2 basierend auf Ausdruck 1, Ausdruck 2 und einem Young'schen Modul eines jeden Materials berechnet.
Hier beträgt der Verformungsbetrag ε der Niedermagnetfeld-Umkehrungsbereiche 41 und 42 1,8 × 10^-4, der Verformungsbetrag ε des Mittelmagnetfeld-Umkehrungsbereichs 43 beträgt 3,2 × 10^-2 und der Verformungsbetrag ε des Hochmagnetfeld-Umkehrungsbereichs 45 beträgt 5,2 × 10^-2. Hier ist die Bezugsziffer 44 der Bereich, in dem die Magnetisierung nicht umgekehrt wird.
Weiterhin wird das erhaltene Verformungsverteilungsbild in der Speichereinheit 10 gespeichert. Wie in 6 gezeigt, kann das Verformungsverteilungsbild durch Zuordnen des Verformungsbetrags mit dem Umkehrungsbereich in dem Komposit-Bild gewonnen werden.
Inhalte, die auf einem Bildschirm eines Bildanzeigeterminals 12 angezeigt werden, werden unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist ein Beispiel für die Bedienungs- bzw. Betriebs-GUI. Hier sind die Bezugsziffern 71, 72, 73, 74 und 75 Fenster auf dem Bildschirm.
Auf dem Bildschirm des Bildanzeigeterminals 12 werden ein Formbild (Formbild), ein Magnetdomänenbild (Magnetdomänenbild), ein Subtraktionsbild (Subtraktionsbild) und ein Verformungsverteilungsbild (Verformungsverteilungsbild), die in der Speichereinheit 10 gespeichert sind, gemeinsam angezeigt. Auf diese Weise können alle erhaltenen Bilder auf der Betriebs-GUI angezeigt werden. Das heißt, das erhaltene Verformungsverteilungsbild und das erhaltene Formbild können gleichzeitig auf der GUI angezeigt werden. Dies macht es einfach, einer Oberflächenstruktur zuzuordnen, so dass die Ursache der Verformung leicht abgeschätzt und geklärt werden kann. Als Ergebnis kann die Bezugsziffer 61 in 6 als ein Bereich bestimmt werden, in dem ein Kratzer erzeugt ist. Weiterhin werden das erhaltene Subtraktionsbild, das erhaltene Verformungsverteilungsbild und das erhaltene Formbild in der Speichereinheit 10 gespeichert.
Durch Verwenden des Bildschirms auf dem Bildanzeigeterminal 12 zur Auswertung einer Probe, die Magnetismus aufweist, können das Zuordnen und die quantitative Auswertung der Verformungsverteilung der Probe auf eine zerstörungsfreie Weise durchgeführt werden. Daher kann der Bildschirm des Bildanzeigeterminals 12 auch zur Qualitätskontrolle der Probe verwendet werden.
[Zweite Ausführungsform]
Ein Bilderfassungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Ein Unterschied zu dem Bilderfassungsverfahren der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform besteht darin, dass S102 in 2 in S802 verändert ist. Das heißt, in S102 in 2 wird ein Magnetdomänenbild, das als Standard dient, ohne Anlegen eines Magnetfeldes, d.h. ohne angelegtes externes Magnetfeld, erfasst, während in S802 in 8 ein Magnetdomänenbild, das als Standard dient, mit dem angelegten externen Magnetfeld erfasst wird. Die anderen Schritte (S101, S103, S104, S105, S106 und S107) sind dieselben wie die des Bilderfassungsverfahrens der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform, und eine Beschreibung davon wird weggelassen.
Bei dem Bilderfassungsverfahren gemäß der zweiten Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, wird bei der Gewinnung des Magnetdomänenbildes, das als Standard dient, das Magnetdomänenbild in einem bestimmten gewünschten Magnetfeldanwendungszustand aufgenommen. Zum Beispiel ist es auch effektiv, ein hohes Magnetfeld mit einem Pegel anzulegen, bei dem die Magnetisierung vollständig gesättigt ist, und ein Bild in einem einzigen Magnetdomänenzustand als Standardbild festzulegen. Nach der Erfassung wird die Bildgebung mehrere Male in derselben Prozedur wie bei der ersten Ausführungsform wiederholt, um das Magnetdomänenbild zu erfassen. Dementsprechend kann ein Verformungsverteilungsbild erfasst werden, und es ist möglich, eine Ursache der Verformung leicht abzuschätzen und zu klären.
[Dritte Ausführungsform]
Ein Bilderfassungsverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Bei der dritten Ausführungsform wird ein Korngrenzenbild nach demselben Verfahren wie bei der in 8 gezeigten zweiten Ausführungsform erfasst. Das heißt, ein Magnetdomänenbild wird erfasst, ein Subtraktionsbild mit einem Bild, an das ein vorgegebenes äußeres Magnetfeld angelegt ist, wird erfasst, und ein Bild eines Korngrenzenbereichs wird erfasst.
Zuerst wird die Probe 3 auf dem Probenhalter 1 fixiert und eine Oberflächenform der auf den Probenhalter 1 platzierten Probe 3 wird betrachtet, um ein Formbild zu erfassen (S901). Zu diesem Zeitpunkt ist kein externes Magnetfeld angelegt. Das heißt, es wird ein lichtmikroskopisches Bild ohne Anlegen eines Magnetfeldes erfasst.
Als nächstes wird in demselben Sichtfeld das Magnetdomänenbild mit Anlegen des externen Magnetfeldes, das als Standard dient, erfasst (S902).
Als nächstes wird das Magnetdomänenbild in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld durch die an beiden Enden der Probe 3 installierten elektromagnetischen Spulen 2 angelegt ist, erfasst (S903).
Schließlich wird ein Subtraktionsbild durch Subtrahieren eines Standardbildes der Magnetdomäne von dem durch Anlegen des externen Magnetfeldes erhaltenen Magnetdomänenbild gewonnen (S904) .
Wie in den 10A bis 10C gezeigt, tritt, wenn ein Korngrenzenabschnitt aus einem nichtmagnetischen Material oder einer Zusammensetzung oder Struktur gebildet wird, die sich von einem Korninnenbereich unterscheidet, ein Unterschied in einem Kontrast eines Korninnenbereichs und einem Kontrast des Korngrenzenabschnitts auf. Hier ist die Bezugsziffer 101 ein Korn und die Bezugsziffer 102 eine Korngrenze.
Daher kann durch Subtrahieren des Bildes ein Korngrenzenbereich, wie in 11 dargestellt, extrahiert werden. Durch Auswerten einer Mehrzahl von Bildern unter leichter Verschiebung einer Betrachtungsposition ist es möglich, eine Kornform, eine Korngröße, Korngrenzenverteilung oder dergleichen in einem weiten Bereich auszuwerten. Dabei ist die Bezugsziffer 111 ein Korn und die Bezugsziffer 112 ist eine Korngrenze.
Durch Kombinieren von Daten wie beispielsweise die erhaltene Kornform, Korngrößenmessung und Korngrenzenverteilung mit dem bei der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform erhalten Verformungsverteilungsbild ist es möglich, die Ursache einer Verformung leicht abzuschätzen und zu klären.
12 zeigt ein Beispiel für einen Bedienungsbildschirm der GUI in der dritten Ausführungsform. Hier sind die Bezugsziffern 121, 122, 123, 124 und 125 Fenster auf dem Bildschirm.
Das erhaltene Subtraktionsbild (Subtraktionsbild), das erhaltene Verformungsverteilungsbild (Verformungsverteilungsbild), das erhaltene Formbild (Formbild) und das erhaltene Korngrenzenbild (Korngrenzenbild) können gleichzeitig auf der GUI angezeigt werden. Durch Vergleichen jeweiliger Bilder ist es möglich, eine Oberflächenstruktur oder eine Kornstruktur einfach zuzuordnen. Dadurch ist es möglich, die Ursache der Verformung leicht abzuschätzen und zu klären.
Unter Verwendung des Bedienungsbildschirms der GUI wird eine Probe, die Magnetismus aufweist, ausgewertet. Entsprechend können das Zuordnen und die quantitative Auswertung der Verformungsverteilung der Probe auf eine zerstörungsfreie Weise durchgeführt werden. Daher kann der GUI-Bedienungsbildschirms auch zur Qualitätskontrolle der Probe verwendet werden.
Bei der obigen Ausführungsform wird durch Messen eines Wertes des externen Magnetfeldes, dessen Magnetdomänenkontrast durch die Magnetdomänenbetrachtung umgekehrt wird, der Verformungsbetrag der magnetischen Domäne abgeschätzt und ein Verformungsverteilungsbild in dem Betrachtungsbereich wird gebildet. Dann wird der Verformungsbetrag (ε) der magnetischen Domäne in einem magnetischen Material berechnet und ein Verformungsverteilungsbild in dem Betrachtungsbereich wird erhalten. Das heißt, eine Änderung der magnetischen Domäne, die dem externen Magnetfeld entspricht, wird durch ein Gerät extrahiert, das über ein Verfahren verfügt, das in der Lage ist, eine Magnetdomänenstruktur in demselben Sichtfeld wie ein Oberflächenformbild abzubilden, und Daten mit Magnetisierungsumkehrung aufgrund des externen Magnetfeldes werden ebenfalls analysiert. Dementsprechend wird der Verformungsbetrag berechnet, und das Verformungsverteilungsbild wird erzeugt und gleichzeitig mit dem Oberflächenformbild angezeigt.
Gemäß der obigen Ausführungsform wird der Verformungsbetrag der magnetischen Domäne in dem magnetischen Material abgeschätzt und das Verformungsverteilungsbild in dem Betrachtungsbereich wird erhalten. Zusätzlich zum einfachen Gewinnen des Formbildes durch ein optisches Mikroskop in demselben Sichtfeld können gleichzeitig auch die Magnetisierungsumkehrung durch Magnetfeldanwendung und die Magnetdomänenstruktur beobachtet werden. Ein Probenzustand und eine Korngrenzenposition können aus dem Korngrenzenbild aus dem Magnetdomänenbild oder dem auf diese Weise erhaltenen Subtraktionsbild bestätigt werden. Infolgedessen ist es möglich, die Ursache der Verformung zu klären. Zudem kann die Probe in einer Atmosphäre ohne Kontakt oder Bearbeitung mehrmals problemlos ausgewertet werden.
Da die Betrachtung in einem dynamischen Modus möglich ist, kann die Verformung auch in einer Komponentenbetriebsart ausgewertet werden. Da die Korngrenzenposition aus dem erhaltenen Subtraktionsbild bestimmt werden kann, sind auch Korngrenzenmessung und Korngrenzenverteilungsauswertung möglich.
Wie oben beschrieben, lässt sich gemäß der obigen Ausführungsform die Verformungsverteilung in dem Bilderfassungssystem in einem weiten Bereich leicht messen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002156361 A [0006]

Claims

Bilderfassungssystem, das ein Bild einer Probe, die ein magnetisches Material enthält, erfasst, wobei das Bilderfassungssystem aufweist: eine Signalverarbeitungseinheit, wobei die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, ein Standardbild einer magnetischen Domäne der als Standard dienenden Probe durch Bestrahlung mit Licht unter Verwendung eines externen Standardmagnetfeldes, das als Standard dient, zu erfassen, in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld angelegt ist, während es verändert wird, eine Mehrzahl von Magnetdomänenbildern zu erfassen, eine Mehrzahl von Subtraktionsbildern, die durch Subtrahieren des Standardbildes der magnetischen Domäne von jedem der Mehrzahl von Magnetdomänenbildern erhalten werden, zu erfassen, einen Magnetisierungsumkehrungsbereich, in dem die Magnetisierung umgekehrt wird, von jedem der Mehrzahl von Subtraktionsbildern zu extrahieren, und ein Komposit-Bild mit einer Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen durch Zusammensetzen der Mehrzahl von Subtraktionsbildern, von denen jedes den Magnetisierungsumkehrungsbereich aufweist, zu erhalten.
Bilderfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, einen Verformungsbetrag eines jeden der Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen zu berechnen, und ein Verformungsverteilungsbild zu erhalten, indem der Magnetisierungsumkehrungsbereich dem Verformungsbetrag in dem Komposit-Bild zugeordnet wird.
Bilderfassungssystem nach Anspruch 2, wobei die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, als die Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen mindestens einen ersten Magnetisierungsumkehrungsbereich, in dem die Magnetisierung durch ein erstes Magnetfeld umgekehrt wird, einen zweiten Magnetisierungsumkehrungsbereich, in dem die Magnetisierung durch ein zweites Magnetfeld, das höher als das erste Magnetfeld ist, umgekehrt wird und einen dritten Magnetisierungsumkehrungsbereich, in dem die Magnetisierung durch ein drittes Magnetfeld, das höher als das zweite Magnetfeld ist, umgekehrt wird, zu extrahieren, als Verformungsbeträge der Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen mindestens einen ersten Verformungsbetrag, einen zweiten Verformungsbetrag, der größer als der erste Verformungsbetrag ist, und einen dritten Verformungsbetrag, der größer als der zweite Verformungsbetrag ist, zu berechnen, den ersten Magnetisierungsumkehrungsbereich dem ersten Verformungsbetrag zuzuordnen, den zweiten Magnetisierungsumkehrungsbereich dem zweiten Verformungsbetrag zuzuordnen, und den dritten Magnetisierungsumkehrungsbereich dem dritten Verformungsbetrag zuzuordnen.
Bilderfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, das Standardbild der magnetischen Domäne in einem magnetfeldfreien Zustand, in dem kein externes Magnetfeld als externes Standardmagnetfeld angelegt ist, zu erfassen.
Bilderfassungssystem nach Anspruch 2, wobei die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, ein Formbild einer Oberflächenform der Probe in dem magnetfeldfreien Zustand in einem vorgegebenen Sichtfeld zu erfassen, und das Standardbild der magnetischen Domäne und die Mehrzahl der Magnetdomänenbilder in dem vorgegebenen Sichtfeld zu erfassen.
Bilderfassungssystem nach Anspruch 5, das weiterhin aufweist: eine Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, vorgegebene Informationen zu speichern; und ein Bildanzeigeterminal, das dazu ausgebildet ist, ein vorgegebenes Bild anzuzeigen, wobei die Speichereinheit dazu ausgebildet ist, das Formbild, das Magnetdomänenbild, das Subtraktionsbild und das Verformungsverteilungsbild zu speichern, und das Bildanzeigeterminal dazu ausgebildet ist, das Formbild, das Magnetdomänenbild, das Subtraktionsbild und das Verformungsverteilungsbild, die in der Speichereinheit gespeichert sind, gemeinsam anzuzeigen.
Bilderfassungssystem nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, das Standardbild der magnetischen Domäne durch Bestrahlung des Lichts unter Verwendung eines Kerr-Mikroskops, eines Magnetkraftmikroskops oder eines Rasterelektronenmikroskops zu erfassen.
Bilderfassungssystem nach Anspruch 5, wobei die Signalverarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, das Formbild unter Verwendung eines optischen Mikroskops zu erfassen.
Bilderfassungssystem nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist: einen Probenhalter mit einem Tisch, der die Probe fixiert und beweglich ist; und eine elektromagnetische Spule, die dazu ausgebildet ist, das externe Magnetfeld anzulegen.
Bilderfassungssystem nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist: ein Bildanzeigeterminal, das dazu ausgebildet ist, zumindest ein Korngrenzenbild der Probe anzuzeigen.
Bilderfassungsverfahren, das ein Bild einer Probe, die ein magnetisches Material enthält, erfasst, wobei das Bilderfassungsverfahren aufweist: ein Schritt des Erfassens eines Standardbildes der magnetischen Domäne der als Standard dienenden Probe durch Bestrahlung mit Licht unter Verwendung eines externen Standard-Magnetfeldes, das als Standard dient; ein Schritt des Erfassens einer Mehrzahl von Magnetdomänenbildern in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld angelegt ist, während es verändert wird; einen Schritt des Erfassens einer Mehrzahl von Subtraktionsbildern, die durch Subtrahieren des Standardbildes der magnetischen Domäne von jedem der Mehrzahl von Magnetdomänenbildern erhalten werden; einen Schritt des Extrahierens eines Magnetisierungsumkehrungsbereichs, in dem die Magnetisierung umgekehrt wird, von jedem der Mehrzahl von Subtraktionsbildern; und einen Schritt des Gewinnens eines Komposit-Bildes, das eine Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen aufweist, durch Zusammensetzen der Mehrzahl von Subtraktionsbildern, von denen jedes den Magnetisierungsumkehrungsbereich aufweist.
Bilderfassungsverfahren nach Anspruch 11, das weiterhin aufweist: einen Schritt des Berechnens von Verformungsbeträgen der Mehrzahl von Magnetisierungsumkehrungsbereichen; und ein Schritt des Gewinnens eines Verformungsverteilungsbildes durch Zuordnen des Magnetisierungsumkehrungsbereichs zu dem Verformungsbetrag in dem Komposit-Bild.
Bilderfassungsverfahren nach Anspruch 11, wobei in dem Schritt des Erfassens des Standardbildes der magnetischen Domäne das Standardbild der magnetischen Domäne in einem magnetfeldfreien Zustand, in dem kein externes Magnetfeld als externes Standardmagnetfeld angelegt ist, erfasst wird.
Bilderfassungsverfahren nach Anspruch 12, das weiterhin aufweist: einen Schritt des Speicherns des Formbildes, des Magnetdomänenbildes, des Subtraktionsbildes und des Verformungsverteilungsbildes; und einen Schritt des gemeinsamen Anzeigens des gespeicherten Formbildes, des gespeicherten Magnetdomänenbildes, des gespeicherten Subtraktionsbildes und des gespeicherten Verformungsverteilungsbildes.
Bilderfassungsverfahren nach Anspruch 11, das weiterhin aufweist: einen Schritt des Anzeigens von zumindest einem Korngrenzenbild der Probe.