JP2004126480A - 光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】１マイクロ秒以下の高速度で光路変換を行うことができ、高速度で画像を形成することに利用できる光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置を提供する。
【解決手段】光源１と、該光源１からの光を直線偏光に変換する偏光機能素子２と、該偏光機能素子２からの直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子３と、該偏光面回転素子３からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子４とから構成され、かつ、該偏光面回転素子３として、ファラデー効果を有する光学素子を用いたことを特徴とする光路変換デバイス。
【選択図】 図１
【解決手段】光源１と、該光源１からの光を直線偏光に変換する偏光機能素子２と、該偏光機能素子２からの直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子３と、該偏光面回転素子３からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子４とから構成され、かつ、該偏光面回転素子３として、ファラデー効果を有する光学素子を用いたことを特徴とする光路変換デバイス。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置に関し、詳しくは、任意方向に光路を偏向させる光路変換デバイス並びにそれを用い、光源の密度よりも画素密度の高い画像を形成することのできる画像形成方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光路を偏向させる技術として、下記に例示するものが知られている。
まず、特開平８−１１８７２６号公報（特許文献１）には、低い解像度の発光素子アレイヘッドを使用して、高い解像度で印刷することができる発光素子アレイプリンタの書き込み装置が開示されており、液晶により光の偏光面を回転させ、複屈折板により光路偏向をさせ、該複屈折板を出た光を感光体上に照射して画像形成を行っている。
また、特開平６−１８９４０号公報（特許文献２）、特開平９−１３３９０４号公報（特許文献３）には、液晶の配向を用いてＳとＰ偏光の向きを変化させる方法が提案されている。
【０００３】
上記公報に記載の光路偏向方法においては、次のような欠点があった。
▲１▼いずれの公報に記載の方法においても、偏光面回転には液晶を用いている。特開平８−１１８７２６号公報や特開平９−１３３９０４号公報に記載の方法のように、高分子分散液晶を用いると、速度を向上させることができるが、大きな分子を移動させるため、最速でも百マイクロ秒の時間がかかり、これ以上の高速化は困難であった。また液晶を利用する場合、ガラス基板で液晶を挟んで保持することが必要であり、デバイスが大きくならざるをえなかった。
▲２▼また、いずれの公報に記載の方法においても、光の向きを変えるのは単結晶複屈折板であり、例えば画像形成を行うために大きな面積を得ることには大きな制限があった。
▲３▼さらに、後者の２つの公報に記載の方法では、配向した液晶を用いてＳとＰ偏光の向きを変化させているが、この方法ではせいぜい０．１度程度しか偏向しないために、長い光路が必要となり、デバイスを厚み方向に小型化することが困難であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１１８７２６号公報
【特許文献２】
特開平６−１８９４０号公報
【特許文献３】
特開平９−１３３９０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、１マイクロ秒以下の高速度で光路変換を行うことができ、高速度で画像を形成することに利用できる光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置を提供することをその課題とする。
また、本発明は、従来の液晶を利用して光路変換を行うデバイスに比べて、偏向角度を著しく大きく、かつ所望の偏向を行うための光路を著しく短くでき、薄型化が可能な光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置を提供することを別の課題とする。
さらに、本発明は、従来技術のように高価な単結晶板を用いることなく、安価で、しかも画像形成に利用したときに大画面化が可能な光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置を提供することを別の課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題は下記の技術的手段により解決される。
（１）光源と、
該光源からの光を直線偏光に変換する偏光機能素子と、
該偏光機能素子からの直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子と、
該偏光面回転素子からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子とから構成され、かつ、
該偏光面回転素子として、ファラデー効果を有する光学素子を用いたことを特徴とする光路変換デバイス。
（２）光源と、
該光源からの光を直線偏光に変換する機能を有するとともに、変換された直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子と、
該偏光面回転素子からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子とから構成され、かつ、
該偏光面回転素子として、ファラデー効果を有する光学素子を用いたことを特徴とする光路変換デバイス。
（３）該偏光面回転素子は、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層からなることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の光路変換デバイス。
（４）該偏光面回転素子における該磁界発生層を、該磁性層に接して又は近接して設けたことを特徴とする前記（３）に記載の光路変換デバイス。
（５）該偏光面回転素子における該磁性層は、周期的に配置された磁性体からなるものであることを特徴とする前記（３）又は（４）に記載の光路変換デバイス。
（６）該磁性層及び該磁界発生層を支持体上に設けたことを特徴とする前記（３）〜（５）のいずれかに記載の光路変化デバイス。
（７）該磁性層は、透明磁性材料からなることを特徴とする前記（３）〜（６）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（８）該透明磁性材料は、無機磁性材料であることを特徴とする前記（７）に記載の光路変換デバイス。
（９）該無機磁性材料が下記一般式で表される希土類鉄ガーネットであることを特徴とする前記（８）に記載の光路変換デバイス。
Ｒ３−ｘＡｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２
（式中、０．２＜ｘ＜３、０≦ｙ＜５であり、
Ｒは希土類金属で、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも一種以上であり、
ＡはＢｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｃａ及びＰｔのうちの少なくとも一種以上であり、
ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ及びＴｉのうちの少なくとも一種以上である）
（１０）該透明磁性材料は、有機磁性材料又は分子磁性材料であることを特徴とする前記（７）に記載の光路変換デバイス。
（１１）該磁性層は、複数の誘電体膜と複数の磁性体膜からなる透明複合膜であることを特徴とする前記（３）〜（１０）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１２）該透明複合膜は、誘電体膜をＧ、磁性体膜をＭとしたとき、｛（ＧＭ）ｎ（ＭＧ）ｎ｝ｍなる層構成であることを特徴とする前記（１１）に記載の光路変換デバイス。
（１３）該磁性体の設置周期が１００ｎｍ〜２μｍであることを特徴とする前記（５）〜（１２）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１４）該磁性体の厚み（Ｈ）が５ｎｍ〜１μｍであることを特徴とする前記（５）〜（１３）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１５）該磁界発生層が、マイクロ磁気ヘッドアレイからなることを特徴とする前記（３）〜（１４）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１６）該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドが２次元的に配列されていることを特徴とする前記（１５）に記載の光路変換デバイス。
（１７）各マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドがラインに対して交互にずれた千鳥状に設けられていることを特徴とする前記（１６）に記載の光路変換デバイス。
（１８）該マイクロ磁気ヘッドアレイが光に対して透明な層からなることを特徴とする前記（１５）〜（１７）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１９）該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する電気配線がすべて光に透明な層からなることを特徴とする前記（１５）〜（１８）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２０）該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する給電を選択的に行うことができることを特徴とする前記（１５）〜（１９）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２１）すべてのマイクロ磁気ヘッドアレイを直列に接続したことを特徴とする前記（１５）〜（２０）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２２）該マイクロ磁気ヘッドアレイの配線の配列をＸ方向とＹ方向の別々の配線としたことを特徴とする前記（１５）〜（２０）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２３）該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドがコイル状であることを特徴とする前記（１５）〜（２０）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２４）該支持体が透明支持体であることを特徴とする前記（６）〜（２３）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２５）該支持体がプラスチックフィルムからなることを特徴とする前記（６）〜（２３）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２６）該光源が発光部をアレイ状に１次元配列したものからなることを特徴とする前記（１）〜（２５）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２７）該光源が発光部をアレイ状に２次元配列したものからなることを特徴とする前記（１）〜（２５）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２８）該光源が発光素子からなることを特徴とする前記（１）〜（２７）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２９）該偏向素子が複屈折材料からからなることを特徴とする前記（１）〜（２８）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（３０）該偏向素子がビームスプリッターからなることを特徴とする前記（１）〜（２８）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（３１）該偏向素子が結晶軸を傾斜させた誘電体多結晶薄膜からなることを特徴とする前記（１）〜（２８）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（３２）前記（１）〜（３１）のいずれかに記載の光路変換デバイスを用い、該光路変換デバイスにおける該偏向素子から出射した光を用いて感光体上に画像を形成させることを特徴とする画像形成方法。
（３３）前記（１）〜（３１）のいずれかに記載の光路変換デバイスと、感光体を備え、該光路変換デバイスにおける該偏向素子から出射した光を用いて感光体上に画像を形成させることを特徴とする画像形成装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
先ず、本発明による光路変換デバイスについて述べる。
本発明による光路変換デバイスは、図１に模式的に示すように、基本的に、光源１と、該光源１からの光を直線偏光に変換する偏光機能素子２と、該偏光機能素子２からの直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子３と、該偏光面回転素子３からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子４とからなり、偏光面回転素子３は、ファラデー効果を有する光学素子を用いて構成されることを特徴とする。
本発明の光路変換デバイスの基本機能は、光源１からの光路を任意に偏向させることである。また、この光路変換デバイスは、光源１からの光に対応して、光路を複数方向に偏向することも可能である。
本発明において、光路変換の対象となる光の波長は２００ｎｍ〜２μｍ程度の波長であり、特に４００ｎｍ〜１．６μｍ程度の波長に有効である。従って、本発明の光路変換デバイスは、高密度プリンターや高密度空間光変調素子等の画像形成装置用の光路変換デバイス、あるいは光スイッチとして利用することができる。
本発明のような光路変換デバイスの構成にすると、従来の液晶を用いた光路変換デバイスに比べ、その変換速度は約１００倍程度高速化させることができる。
【０００８】
本発明の光路変換デバイスによれば、光源１からの光は偏光機能素子２によって直線偏光に変換され、この光の偏光面は＋方向又は反対側の−方向に偏光面回転素子３によって回転させられる。この場合回転角度は＋方向に９０度、−方向に９０度であれば、次に配置された偏向素子４で最大の偏向を得ることができる。偏向素子４は複屈折材料で構成され、例えば上記＋９０度回転した光をそのまま直進させ、−９０度回転した光を屈折させて光路を変える。高速度に＋方向の光と、−方向の光を切り替えて用いれば、偏向させない場合に比較して、２倍の高分解能像を与えることができる。縦と横に偏向させれば、４倍の解像度となる。ただし直進光と偏向光とは別の画素に対応するので、高速度（実用上は２００マイクロ秒以上）に切り替えないと画像としては高解像の効果が得られない。
【０００９】
以下、本発明の光路変換デバイスを構成する各要素について詳述する。
まず、光源について述べる。本発明の光路変換デバイスで用いる光源は、特に限定されないが、画像形成を目的とする場合には、ＬＥＤやＬＤなどの発光素子が画素に対応して用いられる。例えば図２に示したような、プリンタ用書き込み装置の場合には、感光体５に書き込みたい画像情報を光源（ＬＥＤ）１から得る。
光源に発光素子を用いる場合、多数の発光素子がアレイ状に１次元配列したもの、あるいはアレイ状に２次元配列したものを用いることができる。光源のアレイ状配置は、光路変換のより高速化を可能とする。また、発光素子の使用は、より安定な光路変換を可能とする。
光源は上記のような発光素子に限らず、例えば空間光変調素子によって形成された画像の１画素分の光でも良い。
【００１０】
次に、偏光機能素子について述べる。
偏光機能素子は、円偏光を直線偏光に変換するもので、各種の市販の偏光フィルム等が用いることができる。偏光フィルムには大別して多ハロゲン偏光フィルム、染料偏光フィルム、金属偏光フィルムなどがある。
また次のような偏光子も利用できるが、これらに制限されるものではない。
（１）強磁性体微粒子からなる多数の棒状素子を基板表面に一定方向に配列させて固着形成することにより、製造が容易でかつ光学的特性の優れた偏光板（特開平１−９３７０２号公報参照）。
（２）ワイヤグリッド偏光子
透明基板に微小な間隔で金やアルミニウムの線をひいた偏光子（東京農工大学佐藤勝昭著「現代人の物理−光と磁気」（朝倉書店）１９８８年出版、ページ１０３に記載）。この場合、線の間隔ｄ、波長をλとすると、λ≫ｄの波長の光に対して、透過光は線に垂直な振動面を持つほぼ完全な直線偏光になることを利用している。偏光度は９７％程度と言われている。
（３）ポーラコア（ダウコーニング社製）
長く延伸させた金属銀をガラス自身の中に一方向に配列させることにより、偏光特性を持たせたガラスで、従来の有機物偏光素子と異なり耐熱性、耐湿性、耐化学薬品性、レーザーに対する耐性に非常に優れている。赤外線用が主であるが、特殊仕様として可視光用がある。
（４）積層型偏光子
東北大学電気通信研究所の川上彰二郎教授が１９９１年頃に発表したもので、可視光用にはＲＦスパッタリング法で、６〜８ｎｍの厚みのＧｅ（ゲルマニウム）と、１μｍ厚みのＳｉＯ２を交互に６０μｍ厚みになるまで積層して作製している。０．６μｍの波長で測定した性能指数αＴＥ／αＴＭ（ＴＥ波とＴＭ波に対する消衰定数の比）は４００近く、０．８μｍの波長で測定した消光比は３５ｄＢ、挿入損失は０．１８ｄＢであり、可視光に対して十分なものである。
（５）反射型偏光子
住友３Ｍ株式会社が販売している。屈折率の異なる薄膜を、何百層も重ねて積層し、層間で反射・透過を繰り返し、偏光を取り出す。ＳとＰ偏光の内一方を反射して、一方を通過させるために、反射型という。全厚みは１００μｍ程度である。吸収タイプに比較して、反射するので画像が明るく感じられる。また米国Ｍｏｘｔｅｋ社のアルミニウム細線を周期的に並べた、ワイヤグリッドタイプの反射型偏光子もある。
（６）偏光ビームスプリッター
光束を２本以上のビームに分割又は合成する光学素子をビームスプリッターという。その中でも分岐された２光波の偏光方向が異なるように分割するものを偏光ビームスプリッターという。２個の直角プリズムを接着した面に誘電体多層膜コートしたものが一般的であり、Ｐ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は９０度反射するようになっている。透過率、反射率ともに９８％以上のものが得られる。他には特殊なグレーティングを用いたようなものもある。
（７）偏光プリズム
１軸性結晶は、光学軸方向に垂直に振動する常光線と光学軸を含む主断面内に振動方向をもつ異常光線では異なった屈折率をもつので、１軸性結晶から切り出した２つのプリズムを組み合わせると、振動面の異なる光を分離する偏光子を作ることが出きる。ニコルプリズム、グラントムソンプリズム、グランフーコープリズム、グランテーラープリズム、ロションプリズム、ウォーラストンプリズムなどがある。
（８）回折格子
回折格子はピッチを小さくしていけば、ＴＥ波とＴＭ波の透過率が異なり、偏光子として機能する。偏光子とは呼ばないが偏光子機能を有するので、本発明に偏光子として用いることが可能である。
特に（５）の反射型偏光子が、光の吸収が少なくまた耐久性に優れるので好ましい。
偏光機能素子の厚みはいずれの偏光子を用いた場合でも５０〜１５０μｍ程度の中で選択される。
【００１１】
次に、偏光面回転素子について述べる。
偏光面回転素子は、偏光機能素子からの直線偏光の偏光面を回転させる役割を行う。この偏光面回転素子は、偏光機能素子と別個のものとしてもよく、偏光機能を同時に合わせ持たせて一体化させてもよい。
【００１２】
本発明で好ましく用いられる偏光面回転素子は、従来のように液晶を使用したものではなく、ファラデー効果を有する磁性層を利用する。この偏光面回転素子は、図３に模式的に示すように、支持体１１上に磁界発生層１２及びファラデー効果を有する磁性層１３を設けて構成される。但し、この場合支持体として偏光機能素子や偏向素子など他の支持体を併用することも可能である。磁性層１３は磁界発生層１２からの磁界の印加によりファラデー効果を発現させる。磁性層１３を通過する光の偏光面の回転角の大きさは磁界の大きさに依存して変化する。磁界発生層１２と磁性層１３はその位置関係が逆になってもよく、磁性層１３の両面にそれぞれ磁界発生層１２を設けてもよい。
【００１３】
偏光面回転素子における支持体としては、適宜の特性の透明支持体が使用されるが、着色透明支持体も使用できる。
透明支持体としては、シリコンウェハやガラス、セラミックス、石英などの他、次のようなプラスチックフィルムを用いることができる。
ＭＭＡ、ＰＭＭＡ、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリイミド、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン樹脂
また、ポリイミドフィルムのように透明性は劣るが耐熱性が高いようなプラスチックフィルムも利用できる。
もちろん、偏光面回転素子において用いることのできる透明支持体材料はこれらに限定されるものではなく、他にも例えば透明ガラス紙（例えば特許第２５３８５２７号掲載公報、特開平１１−２４７０９３号公報参照）を用いることができる。透明ガラス紙の作製に用いられるオルガノポリシロキサンは、アルコール可溶性で加水分解可能な有機金属化合物であり、Ｒ３ＳｉＯ（Ｒ２ＳｉＯ）ｎＳｉＲ３、（Ｒ２ＳｉＯ）ｎなどによって示される化合物の内、特に分子量の高いものをいう。
【００１４】
支持体の厚みは１μｍ〜１ｍｍ程度まで、目的や材料に応じて任意に選択することができる。素子の取扱い上、柔軟性が要求される場合、例えば画像形成への応用の場合には、厚みが１０〜２００μｍ程度のプラスチックフィルムの使用が好ましい。プラスチックフィルムは、非磁性であり、絶縁体であり、また軽量であり、割れにくく、大面積化が可能であるという利点がある。
【００１５】
偏光面回転素子における磁性層としては、ファラデー効果を有する磁性材料が支持体上に膜状にして設けられる。
また、この磁性層は、図４（ａ）に示すように、磁性体を周期的に配置してなる層とすることもできる。溝の周期Ｐ（ランドＬとスペースＳ）を好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの寸法とする。溝の周期Ｐと使用する波長λの関係を、大略Ｐ＜λとすると透過光が回折せず、また、高い透光性と大きなファラデー効果が同時に得られるため好ましい。溝の高さ（厚み）Ｈは５ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。周期溝は必ずしも矩形でなく、図４（ｂ）に示すように矩形が変形したような形状や、半円形などでも構わない。
【００１６】
磁性層に使用される磁性材料は制限されないが、特にファラデー効果の大きな透明磁性材料が好ましい。このような透明磁性材料としては、例えば本発明者が提案している、複数の誘電体膜と磁性体膜との複合膜で構成されるファラデー効果の大きな透明磁性層や、またいわゆる一般的な透明磁気記録材料を用いても良い。
【００１７】
ここで、磁性層として好ましく用いられる、誘電体膜と磁性体膜の多層膜からなる透明磁性層によって、ファラデー効果が従来より大幅に増大されることを利用した例を以下に２つ示す。
【００１８】
まず、第１の複合透明磁性層は、誘電体膜をＧ、磁性体膜をＭとすると、｛（ＧＭ）ｎ（ＭＧ）ｎ｝ｍの層構成を有するものである。誘電体膜Ｇと磁性体膜Ｍは、ＧＭの次はＭＧのように積層順が逆になる。即ち磁性体膜Ｍに関して対称となることが必要である。通常、ｎは１〜５０、ｍは１〜５０が適当である。ｎ＝１、ｍ＝１の場合を図５に示す。光学膜厚（ｎ・ｄ）は１／４波長である。
第２の複合透明磁性層は、第１の複合透明磁性層において、上記Ｇの層を高屈折率膜と低屈折率膜の２層で構成したものである。
これらの場合において、誘電体膜と磁性体膜の材料としては後述するような各種材料を使用することができる。
【００１９】
本発明のファラデー効果を有する層に誘電体膜を併せて用いる場合、その誘電体膜に用いられる材料は、透明でかつ熱的に安定な物質が適し、例えば金属や半金属の酸化物、窒化物、カルコゲン化物、フッ化物、炭化物、及びこれらの混合物であり、具体的にはＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＡｇＦ、ＰｂＦ２、ＭｎＦ２、ＮｉＦ２、ＳｉＣなどの単体あるいはこれらの混合物である。これらの材料の中から透明磁性体層と屈折率を異にする種類を選択すればよい。各膜厚は５〜２００ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍの範囲にするのがよい。誘電体膜は複数の層構成としても良い。膜は各種のＰＶＤ、ＣＶＤ法を用いて作製される。
上記のような構造とすることによって、強磁性体特有の波長依存性に応じた最大のファラデー効果を有する波長（ピークを与える波長）で、直線偏光の偏光面回転角が増大するように設計できる。
【００２０】
また、ファラデー効果を有する磁性層に用いられる一般的な透明磁性材料としては、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライトなどの酸化物、ＦｅＢＯ３、ＦｅＦ３、ＹＦｅＯ３、ＮｄＦｅＯ３などの複屈折が大きな材料、ＭｎＢｉ、ＭｎＣｕＢｉ、ＰｔＣｏなどが挙げられ、透明性が得られる程度に薄くして（誘電体膜と組み合わせても良い）使用することが可能である。特に透明度が高い無機磁性材料としては、ｎ型Ｚｎ１−ｘＶｘＯやＣｏをドープしたＴｉＯ２などがある。
また、できる限り可視光全体にわたって均一でかつ大きな性能指数を有する透明磁性材料としては、下記一般式で表される希土類鉄ガーネットを用いることができる。
Ｒ３−ｘＡｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２
上記式中、０．２＜ｘ＜３、０≦ｙ＜５である。ｘが上記範囲であると、ファラデー効果を向上させ得るという利点がある。また、ｙが上記範囲であると、保磁力を最適化できるという利点がある。
Ｒは希土類金属で、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも一種以上であり、その中でも特にＧｄ、Ｄｙ、Ｙが好ましい。
ＡはＢｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｃａ及びＰｔのうちの少なくとも一種以上であり、その中でも特にＢｉ、Ｃｅ、Ｃａが好ましい。
ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ及びＴｉのうちの少なくとも一種以上であり、その中でも特にＡｌ、Ｇａ、Ｃｏが好ましい。Ｂを用いないでｙ＝０とする場合もある。
これらの希土類鉄ガーネットのうち、特に好ましいものの具体例を挙げると、下記のようなものが例示される。
Ｂｉ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．５Ａｌ１．５Ｏ１２
Ｂｉ２ＹＦｅ４ＡｌＯ１２
ＢｉＧａＹＦｅ５Ｏ１２
Ｂｉ２Ｄｙ１．４Ｇａ０．６Ｆｅ４Ｏ１２
Ｂｉ１．５Ｈｏ１．５Ｆｅ４．２Ｇａ０．８Ｏ１２
Ｃａ２ＹＦｅ４．５Ｒｈ０．５Ｏ１２
Ｃｅ１．２Ｙ１．８Ｆｅ３．５Ｃｏ１．５Ｏ１２
Ｃｅ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２
【００２１】
また、本発明において、透明磁性材料として好ましく利用できる材料に、分子磁性材料と言われるものがある。このような材料としては、例えば、バナジウムクロムヘキサシアノ錯体 ＫＩ ０．６３ＶＩＩ［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］０．８８ ７．５Ｈ２Ｏ ０．４ＥｔＯＨ や ＫＩ［（ＶＩＩ ０．６ＶＩＩＩ ０．４）ＸＣｒＩＩ １−Ｘ］［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］などがある。また、有機磁性材料も使用することができる。
【００２２】
また、このような透明分子又は有機磁性材料と上記した無機透明磁性材料との積層構造を用いることもできる。このようにすると、両者の屈折率差が、従来の無機磁性体と無機磁性体や、無機磁性体と誘電体との組み合わせよりも大きいために、光の閉じ込め効果が大きくなり、より大きなファラデー回転角が得られるので好ましい。
【００２３】
また、ファラデー効果は、光の進行方向とスピンの方向とが平行の場合に、最も大きな効果が得られるので、磁性層に使用される材料は膜面に垂直に磁気異方性を有する膜が特に好ましい。
【００２４】
磁性層に使用される磁性材料の保磁力は組成を調整して、３００ Ｏｅ以下、好ましくは５０〜３００ Ｏｅにして用いられる。保磁力は一般的に小さいほど磁気的書き込みのためのエネルギーは小さくて済み、従って磁気ヘッドの作製が簡便となり好ましいが、あまり小さいと永久磁石などに近づいた場合に消去されてしまうなどの不具合が生ずる。この点５０〜３００ Ｏｅが好ましい。３００Ｏｅ以下の場合は、巻き数の多いコイル状磁気ヘッドで無くても、直線状配線層によって形成された、格子形状にした矩形の磁気ヘッドでも、十分な磁界強度が得られて、磁性体を磁化できる。磁性層厚みは５０ｎｍ〜１０μｍ、強磁性体単独では５０ｎｍ〜２μｍの範囲で選択される。
【００２５】
これらの透明磁性材料からなる層は、一般的なスパッタ、真空蒸着、ＭＢＥ、イオンプレーティング、パルスレーザー蒸着、レーザーフラシュ法などのＰＶＤ法やＣＶＤ法、メッキ法等によって形成される。共沈法によって作製した超微粒子を、塗布法やメッキ法あるいは溶射法によって支持体上に形成しても良い。ＰＶＤ法、ゾルゲル法では、希土類鉄ガーネット利用の場合、６５０℃近い加熱が結晶化のために必要である。特に品質の高い磁性層が得られるＰＶＤ法では、高価な高真空装置が必要であるので、低基板温度で非晶質膜を形成した後、紫外線レーザーアニールによる方法を用いても良い（希土類鉄ガーネットは紫外光の吸収が大きい）。結晶化済みの微粒子を用いるメッキ法、塗布法では、膜中の微粒子による光の散乱が避けがたく、透明度に僅かなくもりが生じて、高画像品質を得るのは難しい。
【００２６】
溶射法とは、金属などの表面に膜作製して、固くするなど、表面改質のために一般的に用いられている方法である。結晶化している微粒子を、プラズマなどの高温中を通過せしめて、溶融させて支持体上に高速度で噴射させ、薄層を形成する方法である。溶融させる方法によって、プラズマ溶射法、ジェットコート溶射法、ローカイド／スフェコード溶射法など多くの種類が開発されている。この方法の特徴は、支持体温度が低温（１００℃以下）で形成できる点である。微粒子は一度数千度以上の高温で加熱され、加圧によってマッハ２〜５に及ぶ超高速度で、収束ジェット流としてノズル端から支持体上に供給される。支持体上では低温となり、たとえばプラスチック支持体上にも膜を形成できることである。微粒子径を特に小さくすれば、ＰＶＤ法等で形成したと同様の性質（表面平滑性、膜厚均一性など）を有する薄膜を得ることができる。特に空気中で形成可能なので、高真空が必要なＰＶＤ法、ＣＶＤ法などに比較して、低コスト化も可能となる。
【００２７】
偏光面回転素子における磁界発生層は、前述したように、ファラデー効果を有する磁性層に磁界を印加し、磁化することにより磁性層にファラデー効果を発現させるものである。この磁界発生層は、本光路変換デバイスの利用目的に応じて種々の形態をとることができる。磁性層全体を磁化させるようにしてもよいし、いくつかの部分に分けて選択的に磁化させるようにしてもよいし、表示素子におけるような画素（ピクセル）形態のものを選択的に磁化させるようにしてもよい。
【００２８】
好ましい一実施形態においては、磁界発生層をマイクロ磁気ヘッドアレイにより構成する。この磁界発生層では、使用目的に応じて、複数のマイクロ磁気ヘッドを、磁性層のいずれか一方の面側あるいは両方の面側に２次元的に配列させることができる。マイクロ磁気ヘッドアレイを用いた場合、例えば画像形成を行うようなケースでは電気的な操作だけで可能となり、従来のようなマルチヘッド（数個の磁気ヘッドを重ねて作製したもの）を用いる場合よりも、大幅に高速な画像形成が可能となる。
更に従来のインクジェットプリンターのように、ヘッド部の移動部分がないことは、高速であるだけでなく、騒音がなくなることや装置の耐久性向上、安定稼働性の向上などの効果が得られる。また従来のレーザープリンターのような光学系が不要となることも、装置の小型化、安定性向上に効果が得られる。
上記マイクロ磁気ヘッドアレイで画像の階調性を得る方法は、従来と同様に複数個の磁気ヘッドで作製されたドットを組み合わせて行う方法を用いることができる。
【００２９】
図６は一例のマイクロ磁気ヘッドアレイ中の平面コイル型磁気ヘッドの構造を平面図及び断面図で示したものである。
本マイクロ磁気ヘッドアレイは、磁気ヘッドとなるコイルを２次元的に複数個並べたものである。コイルの形状は特に限定されるものではなく、三角形、四角形、丸型、楕円型など目的に応じた形状とすることができ、サイズも１０μｍ程度から１ｍｍ程度と選択することができる。コイル巻き数も１から１０ターン程度に選択することができる。画像形成を行う場合は、２次元的に配列した各磁気ヘッドへの駆動電流を逐次スイッチングして画像を形成する。該コイルは、特に透明にして用いると、電流を過度に流すことによって、コイル部分も光スイッチとして用いることができて好都合である。
【００３０】
本例では、磁気ヘッドは、電磁誘導コイルを備えており、そのコイルの中心に高透磁率コアを配していないが、より大きな磁界強度を得るためには高透磁率コアを設けてもよい。
マイクロ磁気ヘッドアレイに柔軟性を付与する必要がある場合には、支持体としてプラスチックフィルムが好ましく使用される。なお、本マイクロ磁気ヘッドアレイにおける磁気ヘッドにおいて高透磁率コアを配する場合には、磁界発生効率を向上させるために、高透磁率コアの形状を単純な棒状から変形させた形状としてもよい。電磁誘導コイルの外形は光源の配列密度により決められる。光源の密度が高いと高透磁率コアの外形は小さくなる。
【００３１】
該磁気ヘッドでは、電磁誘導コイルの中心に高透磁率コアを形成する場合、該コアは磁気ヘッド支持体上全面に設けられた高透磁率層によって、全マイクロ磁気ヘッドとつなげることもできる。
本マイクロ磁気ヘッドアレイは、一斉に励磁してもよいが、その方法はとらず、１つずつ順番にスイッチによって通電・駆動する方法も用いることができる。この場合には、コイル下側の高透磁率層を共通化できる。これによってコイルの利用効率が向上するだけでなく、マイクロ磁気ヘッドアレイの製作が大幅に容易となる効果がある。またコイルに発生する熱を放熱する効果も有する。
【００３２】
本マイクロ磁気ヘッドアレイにおける磁気ヘッドでは、電磁誘導コイルの高透磁率コア外径が、該コイル上端面の上部ではコイル内部寸法より縮小して、磁束密度を高めることが好ましい。これは磁束を集中させることにより、できる限り磁束の発散を抑えて、強い磁界強度を磁性層に印加したいためである。従って断面形状は角形、円形などは問わない。
【００３３】
本マイクロ磁気ヘッドアレイでは、通常、磁気ヘッドは各ライン上に直線状に配設されるが、各ライン上の磁気ヘッドは中心位置が直線上からずれて、いわゆる千鳥状に２次元的に配設されてもよい。これは高解像度の画像を形成するためであり、ラインプリンター用磁気ヘッドとして用いる場合は、例えば奇数列（１列目と３列目）内では１／２ピッチだけコイル中心をずらして配置し、電気的な制御によって、記録媒体（例えば感光体）上では１列のドットとなるように記録する。このようにすると画像上のドットピッチは、マイクロ磁気ヘッドアレイ上のピッチの２倍になる。
【００３４】
コイルに用いられる材料は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯなどの無機物透明導電材料でもよいし、エチレンジオキシ基を有するＢＥＤＯ−ＴＴＦ錯体やＣ６０誘導体を用いたＣＴ錯体などの有機物透明導電材料でもよい。
【００３５】
マイクロ磁気ヘッドアレイの製造方法としては、大別して、フォトリソグラフィー法、電気メッキ法が用いられる。配線のパターン形成用マスクには、各種レーザー光や軟Ｘ線、紫外線などが用いられる。
配線の加工においては、導線の断面積（線幅、線高さ）がより大きいことが、電気抵抗を低下させる点から重要であるが、コイル密度を高めるためにはコイル間ピッチには制限が生じてくるので、導線間の絶縁層体積がより少ない方法が選ばれる。コイル形成用導線の高さを５μｍ以上とすると、電気抵抗を下げて発熱や断線を防止できるため好ましい。
【００３６】
上記したようにマイクロ磁気ヘッドアレイは大きい面積で作製することが許されない。従ってコイル幅を細く作製せねばならないが、これも作製技術的な理由と共に、低電気抵抗が必要な点から限界がある。本発明ではコイルを複数段階に積み重ねて、この課題を解決した。コイルから発生する磁界強度は、［コイルの巻き数×電流値］の大きさに依存するので、コイルを複数層にして設けることで比較的低電流で、大きな磁界強度を得ることが可能となった。
【００３７】
高透磁率コアに用いる軟磁性材料としては、従来より多用されている、純鉄、珪素鋼、鉄やニッケル及びコバルトとの各種合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系）などが用いられる。特に本発明の目的には、これら鉄とニッケルで構成されるパーマロイが好適に用いられる。高透磁率コアの透磁率は１０００以上もしくは１００００以上が良い。透明な高透磁率コア材料としてはＦｅＦ３のような無機磁性材料か、例えばバナジウムクロムヘキサシアノ錯体 ＫＩ ０．６３ＶＩＩ［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］０．８８ ７．５Ｈ２Ｏ ０．４ＥｔＯＨ や ＫＩ［（ＶＩＩ ０．６ＶＩＩＩ ０．４）ｘＣｒＩＩ １−ｘ］［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］などの分子磁性材料、あるいは有機磁性材料がある。膜作製は電気化学的な合成方法を用いることができる。
【００３８】
本マイクロ磁気ヘッドアレイの電気的な駆動法は、ＦＥＴなどを用いてスイッチングによって単独又は複数個の磁気ヘッドに励磁電流を順次供給してなされる方法が任意に用いられる。なお更に高速度に画像形成したい場合は、数個ずつに同時に電流を流す方法の使用も、電源が大きくなるが可能である。
【００３９】
本発明の光路変換素子に用いる偏光面回転素子では、マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッド全体の透明化を実現することもできる。図７及び図８にその例を示す。
このような磁気ヘッドを用いたマイクロ磁気ヘッドアレイが実現できた理由を以下に述べる。
【００４０】
（１）従来は、金属導電性材料、例えば不透明な金や銅などをコイルに用いていた。更にコイルの中心には、コア材として金属で不透明な高透磁率材料を用いていた。本発明では、この導電性材料として、以下に示す透明なＩＴＯ膜を用いた。更に配線をコイル形状から直線状に変更したので、コアを用いる必要が無くなった。
（２）マイクロ磁気ヘッドアレイの直上に磁性層（磁気光学効果を有する層）を設けて（磁性層／マイクロ磁気ヘッドアレイ／支持体又はマイクロ磁気ヘッドアレイ／磁性層／支持体の層構成として、磁性層と磁気ヘッド層間に他の層を入れない）、磁性層とヘッド間距離を近接させ、ヘッドからの磁界利用効率を向上させた。このため少ないヘッド駆動電流で、画像形成が可能となり、ターン数の多い磁気コイルでなくても、直線状配線で十分に磁化できるようにした。直線状配線は透明ＩＴＯ膜で作製可能である。
（３）磁性層の磁化が容易となるように、磁性層の保磁力を低減させた。これにより、小電流で磁化可能となり、ＩＴＯ膜の直線状配線が使用できるようになった。
【００４１】
図７は高透磁率コアを用いない透明マイクロ磁気ヘッドアレイを、配線部分を含めて示した平面図であり、ハッチング部分が磁気ヘッド（磁界発生部）に相当する。層構成は、ＩＴＯ／絶縁膜／ＩＴＯである。配線は直線状にしてある。
図８は高透磁率コアを用いない透明マイクロ磁気ヘッドアレイの別例を示す図７と同様な図であり、実線と破線とで囲まれる矩形部分が磁気ヘッド（磁気ヘッド）に相当する。本例も、層構成は、ＩＴＯ／絶縁膜／ＩＴＯである。配線は直線状にしてある。
磁気ヘッド１個の寸法には特に制限は無いが、本光路変換デバイスの利用目的に応じて適宜設定されるが、通常２０μｍ〜１ｍｍ程度である。磁気ヘッドに発生する熱を少なくするためには、配線の形状は幅２〜１００μｍ程度が好ましく、高さを大きくとるようにすれば、大きな電流を流すこともできるし、磁気ヘッド間のデッドスペースを小さくすることができる。
【００４２】
マイクロ磁気ヘッドアレイの配線に用いられる導電材料は、透明性の点から透明導電膜が好ましく、そのような材料としては、前述したＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯなどの透明導電材料が用いられ、特にＩＴＯが好ましく用いられる。ＩＴＯ膜は０．１〜５．０μｍ程度の膜厚として用いられ、面抵抗（１ｃｍ角の抵抗値）は１０〜８００Ω／□程度で使用される。
【００４３】
マイクロ磁気ヘッドアレイに用いられる透明絶縁材料としては、一般的な有機、無機絶縁材料を用いることができるが、有機絶縁材料としては、透明なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂材料が好ましく用いられる。
また、無機絶縁材料としては、前述した誘電体材料を使用することができる。
【００４４】
図７及び図８のマイクロ磁気ヘッドアレイの製造方法や駆動方法については前述と同様な方法を用いることができる。
【００４５】
次に偏向素子について述べる。
偏向素子は、偏光面回転素子で偏光面が回転した偏光の光路を偏光面の回転角度に応じて偏向させる役割を行い、複屈折材料で形成される。たとえば、複屈折材料としては、ＫＨ２ＰＯ４（ＫＤＰ），ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ），ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３，ＧａＡｓ，ＣｄＴｅなど第１次電気光学効果（ポッケルス効果）の大きな材料や、ＫＴＮ，ＳｒＴｉＯ３，ＣＳ２，ニトロベンゼン等の第２次電気光学効果の大きな材料を用いた電気光学材料や、ガラス、シリカ、ＴｅＯ２などの材料を用いた音響光学材料が知られている。液晶材料を光によって配向させ固定化したような材料も使用可能である。
【００４６】
本発明では特にＰＢＳと言われる、誘導体多層膜を用いた偏光ビームスプリッターを利用することができるが、スペースの都合で小型化したい場合には、ＳｉＯ２とＳｉの積層構造体（ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．９，Ｍａｙ １，１９９０）や、斜め蒸着法で作製した柱状構造を有するＴａ２Ｏ５などの人工膜を用いることが好ましい。例えばＳｉＯ２とＳｉの積層構造体では２０度近い偏光分離機能が得られるし、斜め配向した柱状構造を有するＴａ２Ｏ５得膜では、ＴｉＯ２（ルチル）や方解石の３．５倍近い７．４度という大きな偏光分離機能が得られる。偏光分離機能が大きいと言うことは、複屈折材料中を通過するパスが短くて済むということであり、例えば液晶の場合の０．１度程度に比較すると２００倍近い素子の小形化が可能になる。薄膜状の複屈折構造体からなる偏向素子の場合、その膜厚は、通常１００ｎｍ〜５μｍ程度の範囲で選択される。
【００４７】
本発明の光路変換デバイスにおいて、光源１、偏光機能素子２、偏光面回転素子３、偏向素子４の設置は、図１のようにして行うことができる。
【００４８】
本発明の光路変換デバイスの特に好ましい適用例として、図２に示すような、画像形成装置への適用があるが、その場合、ビーム成形などの各種の光学系を追加して用いることが好ましい。
この場合、光路変換デバイスの偏光面回転素子をアレイ状に配列することにより画像形成が可能となり、光路をスイッチングにより細分化すれば、例えば配置したＬＥＤの数よりも多くの画素ポイントを形成することができて、高密度化することが出きる。たとえばＬＥＤが５０ミクロン間隔で配列されていると、その間に画素を形成できるので２倍とか３倍の画像密度とすることができる。
また磁界の形成は数ナノ秒から数十ナノ秒でできるので、従来液晶を用いた場合の１マイクロ秒以上に対して偏向速度を大幅に向上できる。
【００４９】
【実施例】
以下に本発明を実施例によって更に詳しく説明する。
【００５０】
［実施例１］
透明支持体として厚み７５μｍ、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍのＰＥＴフィルムを用い、その表面上に透明なマイクロ磁気ヘッドアレイを作製した。まず支持体上に直接、ＩＴＯ膜／絶縁膜／ＩＴＯ膜の層構成からなる積層膜を作製した。各ＩＴＯ膜はスパッタ法を用い、厚みは５μｍとなるように作製した。絶縁層としてはＳｉＯ２膜を用い、厚みは０．５μｍとした。この各ＩＴＯ膜にフォトリソグラフィー法を用いて、図８に示す構造の直線状配線を作製した。配線の線幅は３μｍ、線間（Ａ、Ｂ、ＣとＧ、Ｈ、Ｉの周期的距離）は２５０μｍとなるように配列した。図８のコの字が重なった部分の辺の長さは２３５μｍとした。図ではわかりやすくするため縦配線（実線）と横配線（点線）がずらして図示しているが、上下が重なるように配線した。
その後直流電源を用いて、縦（電極Ａを＋、Ｄを−）と横（電極Ｇを＋、Ｊを−）方向に電流を流した場合に、コの字が重なった場所の磁界強度は、５００ｍＡの通電時で約３３０ガウスであった。各コイルへの導線端はＩＮとＯＵＴに分離して集中させ、ＦＥＴを用いたスイッチを端部に配設して、マイクロ磁気ヘッドアレイとした。
次いでファラデー効果を有する磁性層をマイクロ磁気ヘッドアレイ上に作製した。まずスパッタ法を用いて、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５の順で製膜し、これを８回繰り返した後、ついでＣｅ置換希土類鉄ガーネット膜を設け、ついでＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２の順で製膜し、これを８回繰り返して積層多層膜を作製した。ＳｉＯ２膜（屈折率ｎ＝１．４７）は９０ｎｍ厚、Ｔａ２Ｏ５膜（ｎ＝２．１）は６４ｎｍ厚、Ｃｅ置換希土類鉄ガーネット膜（ｎ＝２．１）は２９５ｎｍ厚とした。基板温度は３００℃、投入電力２００Ｗ、ガス圧力は共に７．０Ｐａ（Ａｒ：Ｏ２＝９：１）であった。製膜レイトはＳｉＯ２場合、２ｎｍ／秒、Ｃｅ置換希土類鉄ガーネット膜の場合、０．５ｎｍ／秒であった。各膜の膜厚分布は、最も厚いところと薄いところの差異が、全膜厚の３％であった。Ｃｅ置換希土類鉄ガーネット膜の成膜毎に、紫外線レーザーを用いて、空気中で加熱してＣｅ置換希土類鉄ガーネット膜を結晶化した。Ｃｅ置換希土類鉄ガーネット膜の組成はＣｅ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２であった。磁気光学効果測定装置（日本分光社製Ｋ２５０、ビーム径２ｍｍ角）で測定したファラデー回転角の波長依存性から、ピーク（波長５２０ｎｍ）の半値幅を求めると１９ｎｍであった。ピークのファラデー回転角は４２度であった。ＶＳＭで磁界を膜面に垂直に印加して測定した保磁力は１６０ Ｏｅであった。上記磁性層の上に市販の偏光子を設けた。
以上のようにして偏光子層／ファラデー効果を有する層／マイクロ磁気ヘッドアレイ／支持体の構成を有する素子（１）を作製した。
次に、光源としてＬＥＤを２５０μｍ周期にして、一次元に配置し、上記マイクロ磁気ヘッドアレイの中心とＬＥＤの中心を一致させた。
次いで、偏向素子として、ガラス基板上にＴａ２Ｏ５の斜め配向した柱状構造膜を電子ビーム蒸着法で作製した。蒸着源に対して基板を傾けて配置し、Ａｒ圧力は２．５×１０−２Ｐａとした。作製した膜の断面ＳＥＭ写真から、柱の傾斜角度は５８度であった。常光と異常光の分離角は７．４度であった。この薄膜偏向素子を素子（１）と平行に配置し、ＬＥＤを発光させた。
上記マイクロ磁気ヘッドアレイに電流のオン／オフを繰り返した。電流のオフ状態では光は直進し、オンにするとファラデー効果によって光の偏光面が回転して薄膜偏光素子により偏向して、オフ状態の光点のほぼ中心に光が照射した。すなわち光の光路を変換させることができた。この変換スピードは１６ナノ秒であった。
【００５１】
［実施例２］
実施例１におけるＬＥＤおよびマイクロ磁気ヘッドアレイを２次元に周期は同じにして、平行して配置した。ただし実施例１とは薄膜偏向素子の柱の向きを変更して、偏向された光の光点が無偏向の平行なＬＥＤの中間に来るようにして設定した。このような構成とすることで、光点の密度を２倍とする事ができた。
【００５２】
［実施例３］
図２の光源と偏光機能素子の間に集光用光学系（ロッドレンズアレイ）を配置して（図示せず）、実施例１の光路変換素子からの光を、感光体上に結像するようにして画像形成装置を作製した。次いで偏光面回転素子のマイクロ磁気ヘッドアレイに流す電流を制御して、回転する感光体上に、ＬＥＤの２倍の密度で画像を形成した。
【００５３】
［比較例１］
実施例１のファラデー効果を用いた偏光面回転素子の代わりに、透明電極（ＩＴＯ）をあらかじめ設けた、ガラス基板２枚の中に強誘電性液晶を挟んで封止した、偏光面回転素子を作製した。電圧を印加して液晶を配向させ、直線偏光を回転させて実施例１のように光路偏向させた。この場合には切り替えスピードは約６００マイクロ秒であり、実施例の約３７．５倍と遅かった。また偏光面回転素子作製にガラス基板を用いたので、装置容積が大きくなった。
【００５４】
［比較例２］
比較例１と同様にして光路偏向デバイスを作製し、更に感光体を用いて画像形成装置を作製したが、実施例１の画像形成装置に対して、画層形成スピードは遅く、また装置容量は大きくなった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記構成を採用したので、１マイクロ秒以下の高速度で光路変換を行うことができ、高速度で画像を形成することに利用できる光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、従来の液晶を利用して光路変換を行うデバイスに比べて、偏向角度を著しく大きく、かつ所望の偏向を行うための光路を著しく短くでき、小型化が可能となる。
さらに、本発明によれば、従来技術のように高価な単結晶板を用いることなく、安価で、しかも画像形成に利用したときに大画面化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光路変換デバイスの基本的構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の光路変換デバイスを用いて感光体に画像形成を行う装置構成を模式的に示す断面図である。
【図３】偏光面回転素子の基本的構成を模式的に示す断面図である。
【図４】周期溝構造中に磁性体を配置して構成した、ファラデー効果を有する層の説明図である。
【図５】ファラデー効果を増大させる構成の説明図である。
【図６】透明マイクロ磁気ヘッドアレイ中の平面コイル型磁気ヘッドの構造を示す平面図及び断面図である。
【図７】透明マイクロ磁気ヘッドアレイの別の構成例を模式的に示す平面図である。
【図８】透明マイクロ磁気ヘッドアレイのさらに別の構成例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 偏光機能素子
３ 偏光面回転素子
４ 光路変換素子
１１ 支持体
１２ 磁界発生層
１３ 磁性層
【発明の属する技術分野】
本発明は、光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置に関し、詳しくは、任意方向に光路を偏向させる光路変換デバイス並びにそれを用い、光源の密度よりも画素密度の高い画像を形成することのできる画像形成方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光路を偏向させる技術として、下記に例示するものが知られている。
まず、特開平８−１１８７２６号公報（特許文献１）には、低い解像度の発光素子アレイヘッドを使用して、高い解像度で印刷することができる発光素子アレイプリンタの書き込み装置が開示されており、液晶により光の偏光面を回転させ、複屈折板により光路偏向をさせ、該複屈折板を出た光を感光体上に照射して画像形成を行っている。
また、特開平６−１８９４０号公報（特許文献２）、特開平９−１３３９０４号公報（特許文献３）には、液晶の配向を用いてＳとＰ偏光の向きを変化させる方法が提案されている。
【０００３】
上記公報に記載の光路偏向方法においては、次のような欠点があった。
▲１▼いずれの公報に記載の方法においても、偏光面回転には液晶を用いている。特開平８−１１８７２６号公報や特開平９−１３３９０４号公報に記載の方法のように、高分子分散液晶を用いると、速度を向上させることができるが、大きな分子を移動させるため、最速でも百マイクロ秒の時間がかかり、これ以上の高速化は困難であった。また液晶を利用する場合、ガラス基板で液晶を挟んで保持することが必要であり、デバイスが大きくならざるをえなかった。
▲２▼また、いずれの公報に記載の方法においても、光の向きを変えるのは単結晶複屈折板であり、例えば画像形成を行うために大きな面積を得ることには大きな制限があった。
▲３▼さらに、後者の２つの公報に記載の方法では、配向した液晶を用いてＳとＰ偏光の向きを変化させているが、この方法ではせいぜい０．１度程度しか偏向しないために、長い光路が必要となり、デバイスを厚み方向に小型化することが困難であった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１１８７２６号公報
【特許文献２】
特開平６−１８９４０号公報
【特許文献３】
特開平９−１３３９０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、１マイクロ秒以下の高速度で光路変換を行うことができ、高速度で画像を形成することに利用できる光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置を提供することをその課題とする。
また、本発明は、従来の液晶を利用して光路変換を行うデバイスに比べて、偏向角度を著しく大きく、かつ所望の偏向を行うための光路を著しく短くでき、薄型化が可能な光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置を提供することを別の課題とする。
さらに、本発明は、従来技術のように高価な単結晶板を用いることなく、安価で、しかも画像形成に利用したときに大画面化が可能な光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置を提供することを別の課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題は下記の技術的手段により解決される。
（１）光源と、
該光源からの光を直線偏光に変換する偏光機能素子と、
該偏光機能素子からの直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子と、
該偏光面回転素子からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子とから構成され、かつ、
該偏光面回転素子として、ファラデー効果を有する光学素子を用いたことを特徴とする光路変換デバイス。
（２）光源と、
該光源からの光を直線偏光に変換する機能を有するとともに、変換された直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子と、
該偏光面回転素子からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子とから構成され、かつ、
該偏光面回転素子として、ファラデー効果を有する光学素子を用いたことを特徴とする光路変換デバイス。
（３）該偏光面回転素子は、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層からなることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の光路変換デバイス。
（４）該偏光面回転素子における該磁界発生層を、該磁性層に接して又は近接して設けたことを特徴とする前記（３）に記載の光路変換デバイス。
（５）該偏光面回転素子における該磁性層は、周期的に配置された磁性体からなるものであることを特徴とする前記（３）又は（４）に記載の光路変換デバイス。
（６）該磁性層及び該磁界発生層を支持体上に設けたことを特徴とする前記（３）〜（５）のいずれかに記載の光路変化デバイス。
（７）該磁性層は、透明磁性材料からなることを特徴とする前記（３）〜（６）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（８）該透明磁性材料は、無機磁性材料であることを特徴とする前記（７）に記載の光路変換デバイス。
（９）該無機磁性材料が下記一般式で表される希土類鉄ガーネットであることを特徴とする前記（８）に記載の光路変換デバイス。
Ｒ３−ｘＡｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２
（式中、０．２＜ｘ＜３、０≦ｙ＜５であり、
Ｒは希土類金属で、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも一種以上であり、
ＡはＢｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｃａ及びＰｔのうちの少なくとも一種以上であり、
ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ及びＴｉのうちの少なくとも一種以上である）
（１０）該透明磁性材料は、有機磁性材料又は分子磁性材料であることを特徴とする前記（７）に記載の光路変換デバイス。
（１１）該磁性層は、複数の誘電体膜と複数の磁性体膜からなる透明複合膜であることを特徴とする前記（３）〜（１０）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１２）該透明複合膜は、誘電体膜をＧ、磁性体膜をＭとしたとき、｛（ＧＭ）ｎ（ＭＧ）ｎ｝ｍなる層構成であることを特徴とする前記（１１）に記載の光路変換デバイス。
（１３）該磁性体の設置周期が１００ｎｍ〜２μｍであることを特徴とする前記（５）〜（１２）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１４）該磁性体の厚み（Ｈ）が５ｎｍ〜１μｍであることを特徴とする前記（５）〜（１３）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１５）該磁界発生層が、マイクロ磁気ヘッドアレイからなることを特徴とする前記（３）〜（１４）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１６）該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドが２次元的に配列されていることを特徴とする前記（１５）に記載の光路変換デバイス。
（１７）各マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドがラインに対して交互にずれた千鳥状に設けられていることを特徴とする前記（１６）に記載の光路変換デバイス。
（１８）該マイクロ磁気ヘッドアレイが光に対して透明な層からなることを特徴とする前記（１５）〜（１７）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（１９）該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する電気配線がすべて光に透明な層からなることを特徴とする前記（１５）〜（１８）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２０）該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する給電を選択的に行うことができることを特徴とする前記（１５）〜（１９）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２１）すべてのマイクロ磁気ヘッドアレイを直列に接続したことを特徴とする前記（１５）〜（２０）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２２）該マイクロ磁気ヘッドアレイの配線の配列をＸ方向とＹ方向の別々の配線としたことを特徴とする前記（１５）〜（２０）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２３）該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドがコイル状であることを特徴とする前記（１５）〜（２０）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２４）該支持体が透明支持体であることを特徴とする前記（６）〜（２３）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２５）該支持体がプラスチックフィルムからなることを特徴とする前記（６）〜（２３）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２６）該光源が発光部をアレイ状に１次元配列したものからなることを特徴とする前記（１）〜（２５）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２７）該光源が発光部をアレイ状に２次元配列したものからなることを特徴とする前記（１）〜（２５）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２８）該光源が発光素子からなることを特徴とする前記（１）〜（２７）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（２９）該偏向素子が複屈折材料からからなることを特徴とする前記（１）〜（２８）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（３０）該偏向素子がビームスプリッターからなることを特徴とする前記（１）〜（２８）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（３１）該偏向素子が結晶軸を傾斜させた誘電体多結晶薄膜からなることを特徴とする前記（１）〜（２８）のいずれかに記載の光路変換デバイス。
（３２）前記（１）〜（３１）のいずれかに記載の光路変換デバイスを用い、該光路変換デバイスにおける該偏向素子から出射した光を用いて感光体上に画像を形成させることを特徴とする画像形成方法。
（３３）前記（１）〜（３１）のいずれかに記載の光路変換デバイスと、感光体を備え、該光路変換デバイスにおける該偏向素子から出射した光を用いて感光体上に画像を形成させることを特徴とする画像形成装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
先ず、本発明による光路変換デバイスについて述べる。
本発明による光路変換デバイスは、図１に模式的に示すように、基本的に、光源１と、該光源１からの光を直線偏光に変換する偏光機能素子２と、該偏光機能素子２からの直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子３と、該偏光面回転素子３からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子４とからなり、偏光面回転素子３は、ファラデー効果を有する光学素子を用いて構成されることを特徴とする。
本発明の光路変換デバイスの基本機能は、光源１からの光路を任意に偏向させることである。また、この光路変換デバイスは、光源１からの光に対応して、光路を複数方向に偏向することも可能である。
本発明において、光路変換の対象となる光の波長は２００ｎｍ〜２μｍ程度の波長であり、特に４００ｎｍ〜１．６μｍ程度の波長に有効である。従って、本発明の光路変換デバイスは、高密度プリンターや高密度空間光変調素子等の画像形成装置用の光路変換デバイス、あるいは光スイッチとして利用することができる。
本発明のような光路変換デバイスの構成にすると、従来の液晶を用いた光路変換デバイスに比べ、その変換速度は約１００倍程度高速化させることができる。
【０００８】
本発明の光路変換デバイスによれば、光源１からの光は偏光機能素子２によって直線偏光に変換され、この光の偏光面は＋方向又は反対側の−方向に偏光面回転素子３によって回転させられる。この場合回転角度は＋方向に９０度、−方向に９０度であれば、次に配置された偏向素子４で最大の偏向を得ることができる。偏向素子４は複屈折材料で構成され、例えば上記＋９０度回転した光をそのまま直進させ、−９０度回転した光を屈折させて光路を変える。高速度に＋方向の光と、−方向の光を切り替えて用いれば、偏向させない場合に比較して、２倍の高分解能像を与えることができる。縦と横に偏向させれば、４倍の解像度となる。ただし直進光と偏向光とは別の画素に対応するので、高速度（実用上は２００マイクロ秒以上）に切り替えないと画像としては高解像の効果が得られない。
【０００９】
以下、本発明の光路変換デバイスを構成する各要素について詳述する。
まず、光源について述べる。本発明の光路変換デバイスで用いる光源は、特に限定されないが、画像形成を目的とする場合には、ＬＥＤやＬＤなどの発光素子が画素に対応して用いられる。例えば図２に示したような、プリンタ用書き込み装置の場合には、感光体５に書き込みたい画像情報を光源（ＬＥＤ）１から得る。
光源に発光素子を用いる場合、多数の発光素子がアレイ状に１次元配列したもの、あるいはアレイ状に２次元配列したものを用いることができる。光源のアレイ状配置は、光路変換のより高速化を可能とする。また、発光素子の使用は、より安定な光路変換を可能とする。
光源は上記のような発光素子に限らず、例えば空間光変調素子によって形成された画像の１画素分の光でも良い。
【００１０】
次に、偏光機能素子について述べる。
偏光機能素子は、円偏光を直線偏光に変換するもので、各種の市販の偏光フィルム等が用いることができる。偏光フィルムには大別して多ハロゲン偏光フィルム、染料偏光フィルム、金属偏光フィルムなどがある。
また次のような偏光子も利用できるが、これらに制限されるものではない。
（１）強磁性体微粒子からなる多数の棒状素子を基板表面に一定方向に配列させて固着形成することにより、製造が容易でかつ光学的特性の優れた偏光板（特開平１−９３７０２号公報参照）。
（２）ワイヤグリッド偏光子
透明基板に微小な間隔で金やアルミニウムの線をひいた偏光子（東京農工大学佐藤勝昭著「現代人の物理−光と磁気」（朝倉書店）１９８８年出版、ページ１０３に記載）。この場合、線の間隔ｄ、波長をλとすると、λ≫ｄの波長の光に対して、透過光は線に垂直な振動面を持つほぼ完全な直線偏光になることを利用している。偏光度は９７％程度と言われている。
（３）ポーラコア（ダウコーニング社製）
長く延伸させた金属銀をガラス自身の中に一方向に配列させることにより、偏光特性を持たせたガラスで、従来の有機物偏光素子と異なり耐熱性、耐湿性、耐化学薬品性、レーザーに対する耐性に非常に優れている。赤外線用が主であるが、特殊仕様として可視光用がある。
（４）積層型偏光子
東北大学電気通信研究所の川上彰二郎教授が１９９１年頃に発表したもので、可視光用にはＲＦスパッタリング法で、６〜８ｎｍの厚みのＧｅ（ゲルマニウム）と、１μｍ厚みのＳｉＯ２を交互に６０μｍ厚みになるまで積層して作製している。０．６μｍの波長で測定した性能指数αＴＥ／αＴＭ（ＴＥ波とＴＭ波に対する消衰定数の比）は４００近く、０．８μｍの波長で測定した消光比は３５ｄＢ、挿入損失は０．１８ｄＢであり、可視光に対して十分なものである。
（５）反射型偏光子
住友３Ｍ株式会社が販売している。屈折率の異なる薄膜を、何百層も重ねて積層し、層間で反射・透過を繰り返し、偏光を取り出す。ＳとＰ偏光の内一方を反射して、一方を通過させるために、反射型という。全厚みは１００μｍ程度である。吸収タイプに比較して、反射するので画像が明るく感じられる。また米国Ｍｏｘｔｅｋ社のアルミニウム細線を周期的に並べた、ワイヤグリッドタイプの反射型偏光子もある。
（６）偏光ビームスプリッター
光束を２本以上のビームに分割又は合成する光学素子をビームスプリッターという。その中でも分岐された２光波の偏光方向が異なるように分割するものを偏光ビームスプリッターという。２個の直角プリズムを接着した面に誘電体多層膜コートしたものが一般的であり、Ｐ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は９０度反射するようになっている。透過率、反射率ともに９８％以上のものが得られる。他には特殊なグレーティングを用いたようなものもある。
（７）偏光プリズム
１軸性結晶は、光学軸方向に垂直に振動する常光線と光学軸を含む主断面内に振動方向をもつ異常光線では異なった屈折率をもつので、１軸性結晶から切り出した２つのプリズムを組み合わせると、振動面の異なる光を分離する偏光子を作ることが出きる。ニコルプリズム、グラントムソンプリズム、グランフーコープリズム、グランテーラープリズム、ロションプリズム、ウォーラストンプリズムなどがある。
（８）回折格子
回折格子はピッチを小さくしていけば、ＴＥ波とＴＭ波の透過率が異なり、偏光子として機能する。偏光子とは呼ばないが偏光子機能を有するので、本発明に偏光子として用いることが可能である。
特に（５）の反射型偏光子が、光の吸収が少なくまた耐久性に優れるので好ましい。
偏光機能素子の厚みはいずれの偏光子を用いた場合でも５０〜１５０μｍ程度の中で選択される。
【００１１】
次に、偏光面回転素子について述べる。
偏光面回転素子は、偏光機能素子からの直線偏光の偏光面を回転させる役割を行う。この偏光面回転素子は、偏光機能素子と別個のものとしてもよく、偏光機能を同時に合わせ持たせて一体化させてもよい。
【００１２】
本発明で好ましく用いられる偏光面回転素子は、従来のように液晶を使用したものではなく、ファラデー効果を有する磁性層を利用する。この偏光面回転素子は、図３に模式的に示すように、支持体１１上に磁界発生層１２及びファラデー効果を有する磁性層１３を設けて構成される。但し、この場合支持体として偏光機能素子や偏向素子など他の支持体を併用することも可能である。磁性層１３は磁界発生層１２からの磁界の印加によりファラデー効果を発現させる。磁性層１３を通過する光の偏光面の回転角の大きさは磁界の大きさに依存して変化する。磁界発生層１２と磁性層１３はその位置関係が逆になってもよく、磁性層１３の両面にそれぞれ磁界発生層１２を設けてもよい。
【００１３】
偏光面回転素子における支持体としては、適宜の特性の透明支持体が使用されるが、着色透明支持体も使用できる。
透明支持体としては、シリコンウェハやガラス、セラミックス、石英などの他、次のようなプラスチックフィルムを用いることができる。
ＭＭＡ、ＰＭＭＡ、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリイミド、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン樹脂
また、ポリイミドフィルムのように透明性は劣るが耐熱性が高いようなプラスチックフィルムも利用できる。
もちろん、偏光面回転素子において用いることのできる透明支持体材料はこれらに限定されるものではなく、他にも例えば透明ガラス紙（例えば特許第２５３８５２７号掲載公報、特開平１１−２４７０９３号公報参照）を用いることができる。透明ガラス紙の作製に用いられるオルガノポリシロキサンは、アルコール可溶性で加水分解可能な有機金属化合物であり、Ｒ３ＳｉＯ（Ｒ２ＳｉＯ）ｎＳｉＲ３、（Ｒ２ＳｉＯ）ｎなどによって示される化合物の内、特に分子量の高いものをいう。
【００１４】
支持体の厚みは１μｍ〜１ｍｍ程度まで、目的や材料に応じて任意に選択することができる。素子の取扱い上、柔軟性が要求される場合、例えば画像形成への応用の場合には、厚みが１０〜２００μｍ程度のプラスチックフィルムの使用が好ましい。プラスチックフィルムは、非磁性であり、絶縁体であり、また軽量であり、割れにくく、大面積化が可能であるという利点がある。
【００１５】
偏光面回転素子における磁性層としては、ファラデー効果を有する磁性材料が支持体上に膜状にして設けられる。
また、この磁性層は、図４（ａ）に示すように、磁性体を周期的に配置してなる層とすることもできる。溝の周期Ｐ（ランドＬとスペースＳ）を好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの寸法とする。溝の周期Ｐと使用する波長λの関係を、大略Ｐ＜λとすると透過光が回折せず、また、高い透光性と大きなファラデー効果が同時に得られるため好ましい。溝の高さ（厚み）Ｈは５ｎｍ〜１μｍ程度が好ましい。周期溝は必ずしも矩形でなく、図４（ｂ）に示すように矩形が変形したような形状や、半円形などでも構わない。
【００１６】
磁性層に使用される磁性材料は制限されないが、特にファラデー効果の大きな透明磁性材料が好ましい。このような透明磁性材料としては、例えば本発明者が提案している、複数の誘電体膜と磁性体膜との複合膜で構成されるファラデー効果の大きな透明磁性層や、またいわゆる一般的な透明磁気記録材料を用いても良い。
【００１７】
ここで、磁性層として好ましく用いられる、誘電体膜と磁性体膜の多層膜からなる透明磁性層によって、ファラデー効果が従来より大幅に増大されることを利用した例を以下に２つ示す。
【００１８】
まず、第１の複合透明磁性層は、誘電体膜をＧ、磁性体膜をＭとすると、｛（ＧＭ）ｎ（ＭＧ）ｎ｝ｍの層構成を有するものである。誘電体膜Ｇと磁性体膜Ｍは、ＧＭの次はＭＧのように積層順が逆になる。即ち磁性体膜Ｍに関して対称となることが必要である。通常、ｎは１〜５０、ｍは１〜５０が適当である。ｎ＝１、ｍ＝１の場合を図５に示す。光学膜厚（ｎ・ｄ）は１／４波長である。
第２の複合透明磁性層は、第１の複合透明磁性層において、上記Ｇの層を高屈折率膜と低屈折率膜の２層で構成したものである。
これらの場合において、誘電体膜と磁性体膜の材料としては後述するような各種材料を使用することができる。
【００１９】
本発明のファラデー効果を有する層に誘電体膜を併せて用いる場合、その誘電体膜に用いられる材料は、透明でかつ熱的に安定な物質が適し、例えば金属や半金属の酸化物、窒化物、カルコゲン化物、フッ化物、炭化物、及びこれらの混合物であり、具体的にはＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＡｇＦ、ＰｂＦ２、ＭｎＦ２、ＮｉＦ２、ＳｉＣなどの単体あるいはこれらの混合物である。これらの材料の中から透明磁性体層と屈折率を異にする種類を選択すればよい。各膜厚は５〜２００ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍの範囲にするのがよい。誘電体膜は複数の層構成としても良い。膜は各種のＰＶＤ、ＣＶＤ法を用いて作製される。
上記のような構造とすることによって、強磁性体特有の波長依存性に応じた最大のファラデー効果を有する波長（ピークを与える波長）で、直線偏光の偏光面回転角が増大するように設計できる。
【００２０】
また、ファラデー効果を有する磁性層に用いられる一般的な透明磁性材料としては、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライトなどの酸化物、ＦｅＢＯ３、ＦｅＦ３、ＹＦｅＯ３、ＮｄＦｅＯ３などの複屈折が大きな材料、ＭｎＢｉ、ＭｎＣｕＢｉ、ＰｔＣｏなどが挙げられ、透明性が得られる程度に薄くして（誘電体膜と組み合わせても良い）使用することが可能である。特に透明度が高い無機磁性材料としては、ｎ型Ｚｎ１−ｘＶｘＯやＣｏをドープしたＴｉＯ２などがある。
また、できる限り可視光全体にわたって均一でかつ大きな性能指数を有する透明磁性材料としては、下記一般式で表される希土類鉄ガーネットを用いることができる。
Ｒ３−ｘＡｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２
上記式中、０．２＜ｘ＜３、０≦ｙ＜５である。ｘが上記範囲であると、ファラデー効果を向上させ得るという利点がある。また、ｙが上記範囲であると、保磁力を最適化できるという利点がある。
Ｒは希土類金属で、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも一種以上であり、その中でも特にＧｄ、Ｄｙ、Ｙが好ましい。
ＡはＢｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｃａ及びＰｔのうちの少なくとも一種以上であり、その中でも特にＢｉ、Ｃｅ、Ｃａが好ましい。
ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ及びＴｉのうちの少なくとも一種以上であり、その中でも特にＡｌ、Ｇａ、Ｃｏが好ましい。Ｂを用いないでｙ＝０とする場合もある。
これらの希土類鉄ガーネットのうち、特に好ましいものの具体例を挙げると、下記のようなものが例示される。
Ｂｉ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．５Ａｌ１．５Ｏ１２
Ｂｉ２ＹＦｅ４ＡｌＯ１２
ＢｉＧａＹＦｅ５Ｏ１２
Ｂｉ２Ｄｙ１．４Ｇａ０．６Ｆｅ４Ｏ１２
Ｂｉ１．５Ｈｏ１．５Ｆｅ４．２Ｇａ０．８Ｏ１２
Ｃａ２ＹＦｅ４．５Ｒｈ０．５Ｏ１２
Ｃｅ１．２Ｙ１．８Ｆｅ３．５Ｃｏ１．５Ｏ１２
Ｃｅ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２
【００２１】
また、本発明において、透明磁性材料として好ましく利用できる材料に、分子磁性材料と言われるものがある。このような材料としては、例えば、バナジウムクロムヘキサシアノ錯体 ＫＩ ０．６３ＶＩＩ［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］０．８８ ７．５Ｈ２Ｏ ０．４ＥｔＯＨ や ＫＩ［（ＶＩＩ ０．６ＶＩＩＩ ０．４）ＸＣｒＩＩ １−Ｘ］［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］などがある。また、有機磁性材料も使用することができる。
【００２２】
また、このような透明分子又は有機磁性材料と上記した無機透明磁性材料との積層構造を用いることもできる。このようにすると、両者の屈折率差が、従来の無機磁性体と無機磁性体や、無機磁性体と誘電体との組み合わせよりも大きいために、光の閉じ込め効果が大きくなり、より大きなファラデー回転角が得られるので好ましい。
【００２３】
また、ファラデー効果は、光の進行方向とスピンの方向とが平行の場合に、最も大きな効果が得られるので、磁性層に使用される材料は膜面に垂直に磁気異方性を有する膜が特に好ましい。
【００２４】
磁性層に使用される磁性材料の保磁力は組成を調整して、３００ Ｏｅ以下、好ましくは５０〜３００ Ｏｅにして用いられる。保磁力は一般的に小さいほど磁気的書き込みのためのエネルギーは小さくて済み、従って磁気ヘッドの作製が簡便となり好ましいが、あまり小さいと永久磁石などに近づいた場合に消去されてしまうなどの不具合が生ずる。この点５０〜３００ Ｏｅが好ましい。３００Ｏｅ以下の場合は、巻き数の多いコイル状磁気ヘッドで無くても、直線状配線層によって形成された、格子形状にした矩形の磁気ヘッドでも、十分な磁界強度が得られて、磁性体を磁化できる。磁性層厚みは５０ｎｍ〜１０μｍ、強磁性体単独では５０ｎｍ〜２μｍの範囲で選択される。
【００２５】
これらの透明磁性材料からなる層は、一般的なスパッタ、真空蒸着、ＭＢＥ、イオンプレーティング、パルスレーザー蒸着、レーザーフラシュ法などのＰＶＤ法やＣＶＤ法、メッキ法等によって形成される。共沈法によって作製した超微粒子を、塗布法やメッキ法あるいは溶射法によって支持体上に形成しても良い。ＰＶＤ法、ゾルゲル法では、希土類鉄ガーネット利用の場合、６５０℃近い加熱が結晶化のために必要である。特に品質の高い磁性層が得られるＰＶＤ法では、高価な高真空装置が必要であるので、低基板温度で非晶質膜を形成した後、紫外線レーザーアニールによる方法を用いても良い（希土類鉄ガーネットは紫外光の吸収が大きい）。結晶化済みの微粒子を用いるメッキ法、塗布法では、膜中の微粒子による光の散乱が避けがたく、透明度に僅かなくもりが生じて、高画像品質を得るのは難しい。
【００２６】
溶射法とは、金属などの表面に膜作製して、固くするなど、表面改質のために一般的に用いられている方法である。結晶化している微粒子を、プラズマなどの高温中を通過せしめて、溶融させて支持体上に高速度で噴射させ、薄層を形成する方法である。溶融させる方法によって、プラズマ溶射法、ジェットコート溶射法、ローカイド／スフェコード溶射法など多くの種類が開発されている。この方法の特徴は、支持体温度が低温（１００℃以下）で形成できる点である。微粒子は一度数千度以上の高温で加熱され、加圧によってマッハ２〜５に及ぶ超高速度で、収束ジェット流としてノズル端から支持体上に供給される。支持体上では低温となり、たとえばプラスチック支持体上にも膜を形成できることである。微粒子径を特に小さくすれば、ＰＶＤ法等で形成したと同様の性質（表面平滑性、膜厚均一性など）を有する薄膜を得ることができる。特に空気中で形成可能なので、高真空が必要なＰＶＤ法、ＣＶＤ法などに比較して、低コスト化も可能となる。
【００２７】
偏光面回転素子における磁界発生層は、前述したように、ファラデー効果を有する磁性層に磁界を印加し、磁化することにより磁性層にファラデー効果を発現させるものである。この磁界発生層は、本光路変換デバイスの利用目的に応じて種々の形態をとることができる。磁性層全体を磁化させるようにしてもよいし、いくつかの部分に分けて選択的に磁化させるようにしてもよいし、表示素子におけるような画素（ピクセル）形態のものを選択的に磁化させるようにしてもよい。
【００２８】
好ましい一実施形態においては、磁界発生層をマイクロ磁気ヘッドアレイにより構成する。この磁界発生層では、使用目的に応じて、複数のマイクロ磁気ヘッドを、磁性層のいずれか一方の面側あるいは両方の面側に２次元的に配列させることができる。マイクロ磁気ヘッドアレイを用いた場合、例えば画像形成を行うようなケースでは電気的な操作だけで可能となり、従来のようなマルチヘッド（数個の磁気ヘッドを重ねて作製したもの）を用いる場合よりも、大幅に高速な画像形成が可能となる。
更に従来のインクジェットプリンターのように、ヘッド部の移動部分がないことは、高速であるだけでなく、騒音がなくなることや装置の耐久性向上、安定稼働性の向上などの効果が得られる。また従来のレーザープリンターのような光学系が不要となることも、装置の小型化、安定性向上に効果が得られる。
上記マイクロ磁気ヘッドアレイで画像の階調性を得る方法は、従来と同様に複数個の磁気ヘッドで作製されたドットを組み合わせて行う方法を用いることができる。
【００２９】
図６は一例のマイクロ磁気ヘッドアレイ中の平面コイル型磁気ヘッドの構造を平面図及び断面図で示したものである。
本マイクロ磁気ヘッドアレイは、磁気ヘッドとなるコイルを２次元的に複数個並べたものである。コイルの形状は特に限定されるものではなく、三角形、四角形、丸型、楕円型など目的に応じた形状とすることができ、サイズも１０μｍ程度から１ｍｍ程度と選択することができる。コイル巻き数も１から１０ターン程度に選択することができる。画像形成を行う場合は、２次元的に配列した各磁気ヘッドへの駆動電流を逐次スイッチングして画像を形成する。該コイルは、特に透明にして用いると、電流を過度に流すことによって、コイル部分も光スイッチとして用いることができて好都合である。
【００３０】
本例では、磁気ヘッドは、電磁誘導コイルを備えており、そのコイルの中心に高透磁率コアを配していないが、より大きな磁界強度を得るためには高透磁率コアを設けてもよい。
マイクロ磁気ヘッドアレイに柔軟性を付与する必要がある場合には、支持体としてプラスチックフィルムが好ましく使用される。なお、本マイクロ磁気ヘッドアレイにおける磁気ヘッドにおいて高透磁率コアを配する場合には、磁界発生効率を向上させるために、高透磁率コアの形状を単純な棒状から変形させた形状としてもよい。電磁誘導コイルの外形は光源の配列密度により決められる。光源の密度が高いと高透磁率コアの外形は小さくなる。
【００３１】
該磁気ヘッドでは、電磁誘導コイルの中心に高透磁率コアを形成する場合、該コアは磁気ヘッド支持体上全面に設けられた高透磁率層によって、全マイクロ磁気ヘッドとつなげることもできる。
本マイクロ磁気ヘッドアレイは、一斉に励磁してもよいが、その方法はとらず、１つずつ順番にスイッチによって通電・駆動する方法も用いることができる。この場合には、コイル下側の高透磁率層を共通化できる。これによってコイルの利用効率が向上するだけでなく、マイクロ磁気ヘッドアレイの製作が大幅に容易となる効果がある。またコイルに発生する熱を放熱する効果も有する。
【００３２】
本マイクロ磁気ヘッドアレイにおける磁気ヘッドでは、電磁誘導コイルの高透磁率コア外径が、該コイル上端面の上部ではコイル内部寸法より縮小して、磁束密度を高めることが好ましい。これは磁束を集中させることにより、できる限り磁束の発散を抑えて、強い磁界強度を磁性層に印加したいためである。従って断面形状は角形、円形などは問わない。
【００３３】
本マイクロ磁気ヘッドアレイでは、通常、磁気ヘッドは各ライン上に直線状に配設されるが、各ライン上の磁気ヘッドは中心位置が直線上からずれて、いわゆる千鳥状に２次元的に配設されてもよい。これは高解像度の画像を形成するためであり、ラインプリンター用磁気ヘッドとして用いる場合は、例えば奇数列（１列目と３列目）内では１／２ピッチだけコイル中心をずらして配置し、電気的な制御によって、記録媒体（例えば感光体）上では１列のドットとなるように記録する。このようにすると画像上のドットピッチは、マイクロ磁気ヘッドアレイ上のピッチの２倍になる。
【００３４】
コイルに用いられる材料は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯなどの無機物透明導電材料でもよいし、エチレンジオキシ基を有するＢＥＤＯ−ＴＴＦ錯体やＣ６０誘導体を用いたＣＴ錯体などの有機物透明導電材料でもよい。
【００３５】
マイクロ磁気ヘッドアレイの製造方法としては、大別して、フォトリソグラフィー法、電気メッキ法が用いられる。配線のパターン形成用マスクには、各種レーザー光や軟Ｘ線、紫外線などが用いられる。
配線の加工においては、導線の断面積（線幅、線高さ）がより大きいことが、電気抵抗を低下させる点から重要であるが、コイル密度を高めるためにはコイル間ピッチには制限が生じてくるので、導線間の絶縁層体積がより少ない方法が選ばれる。コイル形成用導線の高さを５μｍ以上とすると、電気抵抗を下げて発熱や断線を防止できるため好ましい。
【００３６】
上記したようにマイクロ磁気ヘッドアレイは大きい面積で作製することが許されない。従ってコイル幅を細く作製せねばならないが、これも作製技術的な理由と共に、低電気抵抗が必要な点から限界がある。本発明ではコイルを複数段階に積み重ねて、この課題を解決した。コイルから発生する磁界強度は、［コイルの巻き数×電流値］の大きさに依存するので、コイルを複数層にして設けることで比較的低電流で、大きな磁界強度を得ることが可能となった。
【００３７】
高透磁率コアに用いる軟磁性材料としては、従来より多用されている、純鉄、珪素鋼、鉄やニッケル及びコバルトとの各種合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系）などが用いられる。特に本発明の目的には、これら鉄とニッケルで構成されるパーマロイが好適に用いられる。高透磁率コアの透磁率は１０００以上もしくは１００００以上が良い。透明な高透磁率コア材料としてはＦｅＦ３のような無機磁性材料か、例えばバナジウムクロムヘキサシアノ錯体 ＫＩ ０．６３ＶＩＩ［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］０．８８ ７．５Ｈ２Ｏ ０．４ＥｔＯＨ や ＫＩ［（ＶＩＩ ０．６ＶＩＩＩ ０．４）ｘＣｒＩＩ １−ｘ］［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］などの分子磁性材料、あるいは有機磁性材料がある。膜作製は電気化学的な合成方法を用いることができる。
【００３８】
本マイクロ磁気ヘッドアレイの電気的な駆動法は、ＦＥＴなどを用いてスイッチングによって単独又は複数個の磁気ヘッドに励磁電流を順次供給してなされる方法が任意に用いられる。なお更に高速度に画像形成したい場合は、数個ずつに同時に電流を流す方法の使用も、電源が大きくなるが可能である。
【００３９】
本発明の光路変換素子に用いる偏光面回転素子では、マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッド全体の透明化を実現することもできる。図７及び図８にその例を示す。
このような磁気ヘッドを用いたマイクロ磁気ヘッドアレイが実現できた理由を以下に述べる。
【００４０】
（１）従来は、金属導電性材料、例えば不透明な金や銅などをコイルに用いていた。更にコイルの中心には、コア材として金属で不透明な高透磁率材料を用いていた。本発明では、この導電性材料として、以下に示す透明なＩＴＯ膜を用いた。更に配線をコイル形状から直線状に変更したので、コアを用いる必要が無くなった。
（２）マイクロ磁気ヘッドアレイの直上に磁性層（磁気光学効果を有する層）を設けて（磁性層／マイクロ磁気ヘッドアレイ／支持体又はマイクロ磁気ヘッドアレイ／磁性層／支持体の層構成として、磁性層と磁気ヘッド層間に他の層を入れない）、磁性層とヘッド間距離を近接させ、ヘッドからの磁界利用効率を向上させた。このため少ないヘッド駆動電流で、画像形成が可能となり、ターン数の多い磁気コイルでなくても、直線状配線で十分に磁化できるようにした。直線状配線は透明ＩＴＯ膜で作製可能である。
（３）磁性層の磁化が容易となるように、磁性層の保磁力を低減させた。これにより、小電流で磁化可能となり、ＩＴＯ膜の直線状配線が使用できるようになった。
【００４１】
図７は高透磁率コアを用いない透明マイクロ磁気ヘッドアレイを、配線部分を含めて示した平面図であり、ハッチング部分が磁気ヘッド（磁界発生部）に相当する。層構成は、ＩＴＯ／絶縁膜／ＩＴＯである。配線は直線状にしてある。
図８は高透磁率コアを用いない透明マイクロ磁気ヘッドアレイの別例を示す図７と同様な図であり、実線と破線とで囲まれる矩形部分が磁気ヘッド（磁気ヘッド）に相当する。本例も、層構成は、ＩＴＯ／絶縁膜／ＩＴＯである。配線は直線状にしてある。
磁気ヘッド１個の寸法には特に制限は無いが、本光路変換デバイスの利用目的に応じて適宜設定されるが、通常２０μｍ〜１ｍｍ程度である。磁気ヘッドに発生する熱を少なくするためには、配線の形状は幅２〜１００μｍ程度が好ましく、高さを大きくとるようにすれば、大きな電流を流すこともできるし、磁気ヘッド間のデッドスペースを小さくすることができる。
【００４２】
マイクロ磁気ヘッドアレイの配線に用いられる導電材料は、透明性の点から透明導電膜が好ましく、そのような材料としては、前述したＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯなどの透明導電材料が用いられ、特にＩＴＯが好ましく用いられる。ＩＴＯ膜は０．１〜５．０μｍ程度の膜厚として用いられ、面抵抗（１ｃｍ角の抵抗値）は１０〜８００Ω／□程度で使用される。
【００４３】
マイクロ磁気ヘッドアレイに用いられる透明絶縁材料としては、一般的な有機、無機絶縁材料を用いることができるが、有機絶縁材料としては、透明なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂材料が好ましく用いられる。
また、無機絶縁材料としては、前述した誘電体材料を使用することができる。
【００４４】
図７及び図８のマイクロ磁気ヘッドアレイの製造方法や駆動方法については前述と同様な方法を用いることができる。
【００４５】
次に偏向素子について述べる。
偏向素子は、偏光面回転素子で偏光面が回転した偏光の光路を偏光面の回転角度に応じて偏向させる役割を行い、複屈折材料で形成される。たとえば、複屈折材料としては、ＫＨ２ＰＯ４（ＫＤＰ），ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４（ＡＤＰ），ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３，ＧａＡｓ，ＣｄＴｅなど第１次電気光学効果（ポッケルス効果）の大きな材料や、ＫＴＮ，ＳｒＴｉＯ３，ＣＳ２，ニトロベンゼン等の第２次電気光学効果の大きな材料を用いた電気光学材料や、ガラス、シリカ、ＴｅＯ２などの材料を用いた音響光学材料が知られている。液晶材料を光によって配向させ固定化したような材料も使用可能である。
【００４６】
本発明では特にＰＢＳと言われる、誘導体多層膜を用いた偏光ビームスプリッターを利用することができるが、スペースの都合で小型化したい場合には、ＳｉＯ２とＳｉの積層構造体（ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．９，Ｍａｙ １，１９９０）や、斜め蒸着法で作製した柱状構造を有するＴａ２Ｏ５などの人工膜を用いることが好ましい。例えばＳｉＯ２とＳｉの積層構造体では２０度近い偏光分離機能が得られるし、斜め配向した柱状構造を有するＴａ２Ｏ５得膜では、ＴｉＯ２（ルチル）や方解石の３．５倍近い７．４度という大きな偏光分離機能が得られる。偏光分離機能が大きいと言うことは、複屈折材料中を通過するパスが短くて済むということであり、例えば液晶の場合の０．１度程度に比較すると２００倍近い素子の小形化が可能になる。薄膜状の複屈折構造体からなる偏向素子の場合、その膜厚は、通常１００ｎｍ〜５μｍ程度の範囲で選択される。
【００４７】
本発明の光路変換デバイスにおいて、光源１、偏光機能素子２、偏光面回転素子３、偏向素子４の設置は、図１のようにして行うことができる。
【００４８】
本発明の光路変換デバイスの特に好ましい適用例として、図２に示すような、画像形成装置への適用があるが、その場合、ビーム成形などの各種の光学系を追加して用いることが好ましい。
この場合、光路変換デバイスの偏光面回転素子をアレイ状に配列することにより画像形成が可能となり、光路をスイッチングにより細分化すれば、例えば配置したＬＥＤの数よりも多くの画素ポイントを形成することができて、高密度化することが出きる。たとえばＬＥＤが５０ミクロン間隔で配列されていると、その間に画素を形成できるので２倍とか３倍の画像密度とすることができる。
また磁界の形成は数ナノ秒から数十ナノ秒でできるので、従来液晶を用いた場合の１マイクロ秒以上に対して偏向速度を大幅に向上できる。
【００４９】
【実施例】
以下に本発明を実施例によって更に詳しく説明する。
【００５０】
［実施例１］
透明支持体として厚み７５μｍ、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍのＰＥＴフィルムを用い、その表面上に透明なマイクロ磁気ヘッドアレイを作製した。まず支持体上に直接、ＩＴＯ膜／絶縁膜／ＩＴＯ膜の層構成からなる積層膜を作製した。各ＩＴＯ膜はスパッタ法を用い、厚みは５μｍとなるように作製した。絶縁層としてはＳｉＯ２膜を用い、厚みは０．５μｍとした。この各ＩＴＯ膜にフォトリソグラフィー法を用いて、図８に示す構造の直線状配線を作製した。配線の線幅は３μｍ、線間（Ａ、Ｂ、ＣとＧ、Ｈ、Ｉの周期的距離）は２５０μｍとなるように配列した。図８のコの字が重なった部分の辺の長さは２３５μｍとした。図ではわかりやすくするため縦配線（実線）と横配線（点線）がずらして図示しているが、上下が重なるように配線した。
その後直流電源を用いて、縦（電極Ａを＋、Ｄを−）と横（電極Ｇを＋、Ｊを−）方向に電流を流した場合に、コの字が重なった場所の磁界強度は、５００ｍＡの通電時で約３３０ガウスであった。各コイルへの導線端はＩＮとＯＵＴに分離して集中させ、ＦＥＴを用いたスイッチを端部に配設して、マイクロ磁気ヘッドアレイとした。
次いでファラデー効果を有する磁性層をマイクロ磁気ヘッドアレイ上に作製した。まずスパッタ法を用いて、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５の順で製膜し、これを８回繰り返した後、ついでＣｅ置換希土類鉄ガーネット膜を設け、ついでＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２の順で製膜し、これを８回繰り返して積層多層膜を作製した。ＳｉＯ２膜（屈折率ｎ＝１．４７）は９０ｎｍ厚、Ｔａ２Ｏ５膜（ｎ＝２．１）は６４ｎｍ厚、Ｃｅ置換希土類鉄ガーネット膜（ｎ＝２．１）は２９５ｎｍ厚とした。基板温度は３００℃、投入電力２００Ｗ、ガス圧力は共に７．０Ｐａ（Ａｒ：Ｏ２＝９：１）であった。製膜レイトはＳｉＯ２場合、２ｎｍ／秒、Ｃｅ置換希土類鉄ガーネット膜の場合、０．５ｎｍ／秒であった。各膜の膜厚分布は、最も厚いところと薄いところの差異が、全膜厚の３％であった。Ｃｅ置換希土類鉄ガーネット膜の成膜毎に、紫外線レーザーを用いて、空気中で加熱してＣｅ置換希土類鉄ガーネット膜を結晶化した。Ｃｅ置換希土類鉄ガーネット膜の組成はＣｅ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２であった。磁気光学効果測定装置（日本分光社製Ｋ２５０、ビーム径２ｍｍ角）で測定したファラデー回転角の波長依存性から、ピーク（波長５２０ｎｍ）の半値幅を求めると１９ｎｍであった。ピークのファラデー回転角は４２度であった。ＶＳＭで磁界を膜面に垂直に印加して測定した保磁力は１６０ Ｏｅであった。上記磁性層の上に市販の偏光子を設けた。
以上のようにして偏光子層／ファラデー効果を有する層／マイクロ磁気ヘッドアレイ／支持体の構成を有する素子（１）を作製した。
次に、光源としてＬＥＤを２５０μｍ周期にして、一次元に配置し、上記マイクロ磁気ヘッドアレイの中心とＬＥＤの中心を一致させた。
次いで、偏向素子として、ガラス基板上にＴａ２Ｏ５の斜め配向した柱状構造膜を電子ビーム蒸着法で作製した。蒸着源に対して基板を傾けて配置し、Ａｒ圧力は２．５×１０−２Ｐａとした。作製した膜の断面ＳＥＭ写真から、柱の傾斜角度は５８度であった。常光と異常光の分離角は７．４度であった。この薄膜偏向素子を素子（１）と平行に配置し、ＬＥＤを発光させた。
上記マイクロ磁気ヘッドアレイに電流のオン／オフを繰り返した。電流のオフ状態では光は直進し、オンにするとファラデー効果によって光の偏光面が回転して薄膜偏光素子により偏向して、オフ状態の光点のほぼ中心に光が照射した。すなわち光の光路を変換させることができた。この変換スピードは１６ナノ秒であった。
【００５１】
［実施例２］
実施例１におけるＬＥＤおよびマイクロ磁気ヘッドアレイを２次元に周期は同じにして、平行して配置した。ただし実施例１とは薄膜偏向素子の柱の向きを変更して、偏向された光の光点が無偏向の平行なＬＥＤの中間に来るようにして設定した。このような構成とすることで、光点の密度を２倍とする事ができた。
【００５２】
［実施例３］
図２の光源と偏光機能素子の間に集光用光学系（ロッドレンズアレイ）を配置して（図示せず）、実施例１の光路変換素子からの光を、感光体上に結像するようにして画像形成装置を作製した。次いで偏光面回転素子のマイクロ磁気ヘッドアレイに流す電流を制御して、回転する感光体上に、ＬＥＤの２倍の密度で画像を形成した。
【００５３】
［比較例１］
実施例１のファラデー効果を用いた偏光面回転素子の代わりに、透明電極（ＩＴＯ）をあらかじめ設けた、ガラス基板２枚の中に強誘電性液晶を挟んで封止した、偏光面回転素子を作製した。電圧を印加して液晶を配向させ、直線偏光を回転させて実施例１のように光路偏向させた。この場合には切り替えスピードは約６００マイクロ秒であり、実施例の約３７．５倍と遅かった。また偏光面回転素子作製にガラス基板を用いたので、装置容積が大きくなった。
【００５４】
［比較例２］
比較例１と同様にして光路偏向デバイスを作製し、更に感光体を用いて画像形成装置を作製したが、実施例１の画像形成装置に対して、画層形成スピードは遅く、また装置容量は大きくなった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記構成を採用したので、１マイクロ秒以下の高速度で光路変換を行うことができ、高速度で画像を形成することに利用できる光路変換デバイス並びにそれを用いた画像形成方法及び装置を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、従来の液晶を利用して光路変換を行うデバイスに比べて、偏向角度を著しく大きく、かつ所望の偏向を行うための光路を著しく短くでき、小型化が可能となる。
さらに、本発明によれば、従来技術のように高価な単結晶板を用いることなく、安価で、しかも画像形成に利用したときに大画面化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光路変換デバイスの基本的構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の光路変換デバイスを用いて感光体に画像形成を行う装置構成を模式的に示す断面図である。
【図３】偏光面回転素子の基本的構成を模式的に示す断面図である。
【図４】周期溝構造中に磁性体を配置して構成した、ファラデー効果を有する層の説明図である。
【図５】ファラデー効果を増大させる構成の説明図である。
【図６】透明マイクロ磁気ヘッドアレイ中の平面コイル型磁気ヘッドの構造を示す平面図及び断面図である。
【図７】透明マイクロ磁気ヘッドアレイの別の構成例を模式的に示す平面図である。
【図８】透明マイクロ磁気ヘッドアレイのさらに別の構成例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 偏光機能素子
３ 偏光面回転素子
４ 光路変換素子
１１ 支持体
１２ 磁界発生層
１３ 磁性層
Claims (33)
- 光源と、
該光源からの光を直線偏光に変換する偏光機能素子と、
該偏光機能素子からの直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子と、
該偏光面回転素子からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子とから構成され、かつ、
該偏光面回転素子として、ファラデー効果を有する光学素子を用いたことを特徴とする光路変換デバイス。 - 光源と、
該光源からの光を直線偏光に変換する機能を有するとともに、変換された直線偏光の偏光面を回転させる偏光面回転素子と、
該偏光面回転素子からの直線偏光の偏光面角度に応じて光路を偏向する偏向素子とから構成され、かつ、
該偏光面回転素子として、ファラデー効果を有する光学素子を用いたことを特徴とする光路変換デバイス。 - 該偏光面回転素子は、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光路変換デバイス。
- 該偏光面回転素子における該磁界発生層を、該磁性層に接して又は近接して設けたことを特徴とする請求項３に記載の光路変換デバイス。
- 該偏光面回転素子における該磁性層は、周期的に配置された磁性体からなることを特徴とする請求項３又は４に記載の光路変換デバイス。
- 該磁性層及び該磁界発生層を支持体上に設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該磁性層は、透明磁性材料からなることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該透明磁性材料は、無機磁性材料であることを特徴とする請求項７に記載の光路変換デバイス。
- 該無機磁性材料が下記一般式で表される希土類鉄ガーネットであることを特徴とする請求項８に記載の光路変換デバイス。
Ｒ３− ｘＡｘＦｅ５− ｙＢｙＯ１２
（式中、０．２＜ｘ＜３、０≦ｙ＜５であり、
Ｒは希土類金属で、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも一種以上であり、
ＡはＢｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｃａ及びＰｔのうちの少なくとも一種以上であり、
ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ及びＴｉのうちの少なくとも一種以上である） - 該透明磁性材料は、有機磁性材料又は分子磁性材料であることを特徴とする請求項７に記載の光路変換デバイス。
- 該磁性層は、複数の誘電体膜と複数の磁性体膜からなる透明複合膜であることを特徴とする請求項３〜１０のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該透明複合膜は、誘電体膜をＧ、磁性体膜をＭとしたとき、｛（ＧＭ）ｎ（ＭＧ）ｎ｝ｍなる層構成であることを特徴とする請求項１１に記載の光路変換デバイス。
- 該磁性体の設置周期が１００ｎｍ〜２μｍであることを特徴とする請求項５〜１２のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該磁性体の厚み（Ｈ）が５ｎｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項５〜１３のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該磁界発生層が、マイクロ磁気ヘッドアレイからなることを特徴とする請求項３〜１４のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドが２次元的に配列されていることを特徴とする請求項１５に記載の光路変換デバイス。
- 各マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドがラインに対して交互にずれた千鳥状に設けられていることを特徴とする請求項１６に記載の光路変換デバイス。
- 該マイクロ磁気ヘッドアレイが光に対して透明な層からなることを特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する電気配線がすべて光に透明な層からなることを特徴とする請求項１５〜１８のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する給電を選択的に行うことができることを特徴とする請求項１５〜１９のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- すべてのマイクロ磁気ヘッドアレイを直列に接続したことを特徴とする請求項１５〜２０のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該マイクロ磁気ヘッドアレイの配線の配列をＸ方向とＹ方向の別々の配線としたことを特徴とする請求項１５〜２０のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドがコイル状であることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該支持体が透明支持体であることを特徴とする請求項６〜２３のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該支持体がプラスチックフィルムからなることを特徴とする請求項６〜２３のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該光源が発光部をアレイ状に１次元配列したものからなることを特徴とする請求項１〜２５のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該光源が発光部をアレイ状に２次元配列したものからなることを特徴とする請求項１〜２６のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該光源が発光素子からなることを特徴とする請求項１〜２７のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該偏向素子が複屈折材料からからなることを特徴とする請求項１〜２８のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該偏向素子がビームスプリッターからなることを特徴とする請求項１〜２８のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 該偏向素子が結晶軸を傾斜させた誘電体多結晶薄膜からなることを特徴とする請求項１〜２８のいずれかに記載の光路変換デバイス。
- 請求項１〜３１のいずれかに記載の光路変換デバイスを用い、該光路変換デバイスにおける該偏向素子から出射した光を用いて感光体上に画像を形成させることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項１〜３１のいずれかに記載の光路変換デバイスと、感光体を備え、該光路変換デバイスにおける該偏向素子から出射した光を用いて感光体上に画像を形成させることを特徴とする画像形成装置。
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|---|---|---|---|---|
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