JP6302759B2

JP6302759B2 - 空間光変調器

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Publication number: JP6302759B2
Application number: JP2014121177A
Authority: JP
Inventors: 泰敬宮本; 光伸奥田
Original assignee: Japan Broadcasting Corp; NHK Engineering System Inc
Current assignee: Japan Broadcasting Corp; NHK Engineering System Inc
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: JP2016001255A

Description

本発明は、空間光変調器に関する。

空間光変調器は、画素として光学素子（光変調素子）を用い、これをマトリクス状に２次元配列して光の位相や振幅等を空間的に変調する装置であって、ディスプレイ技術や記録技術等の分野で広く利用されている。空間光変調器として、従来から液晶が用いられているが、近年では、高速処理かつ画素の１μｍ以下の微細化の可能性が期待される磁気光学材料を用いた磁気光学式の空間光変調器の開発が進められている。

磁気光学式の空間光変調器（以下、単に「空間光変調器」という）においては、磁性体に入射した光が透過する際にその偏光の向きを変化（旋光）させて出射するファラデー効果を利用している。また、磁性体に入射した光が反射する際にその偏光の向きを変化（旋光）させて出射するカー効果も利用している。磁性体材料としては、磁性体の中でも特に効果の大きい磁気光学材料を使用している。そして、明るく表示しようとする画素（選択画素）における光変調素子の磁化方向と、それ以外の画素（非選択画素）における光変調素子の磁化方向を異なるものにする。これにより、選択画素から出射した光と非選択画素から出射した光で、その偏光の回転角（旋光角）に差を生じさせ、特定の向きの偏光を透過する偏光子を介することで、選択画素のみを明るく表示する。このような光変調素子の磁化方向を変化させる手段として、光変調素子に磁界を印加する磁界印加方式の他に、近年では光変調素子に電流を供給することでスピンを注入するスピン注入方式が知られている。

このような空間光変調器に関しては、特許文献１〜３の技術が知られている。特許文献１には、縦横方向にマトリックス状に画素を配置し、各画素について個別に光変調素子の磁化方向を変えるように制御することで、空間光変調器を画像表示装置に用いる点が記載されている。
特許文献２には、空間光変調器の１行における光変調素子を連続した１本の磁性細線で構成し、当該１行におけるすべての画素のデータを当該磁性細線において１画素ずつ順番に書き換えるようにした点が記載されている。
特許文献３には、磁性細線に括れを形成し、磁性細線への電流の供給を停止したときに、磁壁が括れの位置で停止するようにした点が記載されている。

特開２０１２−８８６６７号公報特開２０１２−１２８３９６号公報特開２０１２−１４１４０２号公報

しかしながら、ある方向に磁化された磁性細線の一部に、それとは異なる方向に磁化された磁区を形成するためには、個々の磁性細線に対応してそれぞれ磁気ヘッド等の磁界を発生する手段を設けなければならない。
そのため、多数の磁性細線にそれぞれ対応させて磁気ヘッド等を設けようとすると、空間光変調器の装置構成が大型化し、構成が複雑化して、製造コストが増大してしまうという問題がある。
本発明は、装置構成が小型で、構成が比較的単純であり、低製造コストで製造できる空間光変調器を提供することを課題とする。

本発明の一形態は、磁性細線と、電流源と、保持部と、金属細線とを備えることを特徴とする空間光変調器である。
本発明によれば、磁性膜が細線状に形成され、長手方向の一部に他の部分とは磁化方向の異なる磁区が形成され得る複数本の磁性細線を備えている。また、磁性細線の両端側のいずれからも電子の供給を可能とする電流源を備えている。また、磁性細線の長手方向の一部に形成され、当該磁性細線の一部に磁区の一方の磁壁の位置を前記の電子の供給によっても保持せしめ、他方の磁壁の位置を当該電子の供給により磁性細線の長手方向に移動可能とする保持部を備えている。さらに、複数本の磁性細線の各保持部に対向して設けられ、通電により当該複数本の磁性細線に磁区形成のための磁界をかける金属細線を備えている。
よって、本発明によれば、複数本の磁性細線の各保持部の近傍をそれぞれ通過する金属細線により当該複数本の磁性細線に同時に磁界をかけてそれぞれの磁性細線に磁区を形成することができる。

装置構成が小型で、構成が比較的単純であり、低製造コストで製造できる空間光変調器を提供することができる。

本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器を構成する単位画素型空間光変調器の回路図である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器を構成する単位画素型空間光変調器で磁性細線に磁区を形成する処理について説明する説明図である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器を構成する単位画素型空間光変調器で磁性細線の磁区を延ばす処理について説明する説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、この順に段階的に磁区が延びている様子を示している。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器を構成する単位画素型空間光変調器で磁性細線の磁区を縮める処理について説明する説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、この順に段階的に磁区が縮んでいる様子を示している。比較例となる単位画素型空間光変調器で磁性細線の磁区を移動する処理について説明する説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、この順に段階的に磁区が移動している様子を示している。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器を構成する単位画素型空間光変調器で磁性細線の磁区の伸縮の範囲内で光が入射し旋光して出射する状況を説明する説明図である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器の概略構成を説明する説明図である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器の金属細線等を説明する説明図である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器を磁性細線の長手方向で切断した縦断面図である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器の動作を説明する縦断面図（ａ）と、高透磁率部を設けた変形例の縦断面図（ｂ）である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器の動作を説明する縦断面図である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器の動作を説明する縦断面図である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器の動作を説明する縦断面図である。本発明の実施形態１にかかるライン型空間光変調器を用いた画像表示装置の構成を説明する説明図である。本発明の実施形態２にかかる平面型空間光変調器の概略構成を説明する説明図である。

以下、本発明の実施形態について複数例説明する。
［実施形態１］
（単位画素型空間光変調器）
まず、本発明の実施形態１の空間光変調器について説明する。図１は、後述の実施形態１にかかるライン型空間光変調器１００の構成要素である単位画素型空間光変調器１０の回路図である。なお、以下に説明する各図面で、ｘ方向、ｙ方向は水平方向に互いに直交する方向である。また、ｚ方向は、ｘ方向およびｙ方向と直交する方向である。
この単位画素型空間光変調器１０は、磁性細線１１、電流源１３、制御回路１４、スイッチング素子１５〜１８等から構成されている。

磁性細線１１は、磁性膜を細線状に形成した部材である。一例を挙げれば、磁性細線１１は、シリコン基板上にＣｏ，Ｐｄ，Ｔａを積層して形成されている。すなわち、磁性細線１１は、例えば、シリコン基板上にＴａを積層し、そのＴａの上にＣｏとＰｄとを交互に２１回積層し、さらにその上にＴａを積層してなる。もちろん、これは例示であり、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ膜や、Ｃｏ／Ｎｉ積層膜などの他の垂直磁気異方性を有する材料を用いてもよい。また、積層周期は、５〜３０周期程度が好適である。磁性細線１１のサイズは、厚さ（合計膜厚）が１０〜４０ｎｍオーダーのものが特に好適である。磁性細線１１は、初期状態で、一方向、この例で図１の下側から上側に向かう方向に磁化されている。図１以下では、磁性細線１１の磁化の方向を矢印で示す（適宜、Ｎ極、Ｓ極を示すＮ，Ｓの符号も図示する）。

磁性細線１１の長手方向の中央よりも一方の端部１１ａ寄り（図１で左寄り）の位置には、磁性細線１１の上側の面に磁性細線１１の幅方向を長手方向とする溝である保持部２１が形成されている。この保持部２１の溝は、一例を挙げれば、１〜５ｎｍ程度の深さである。保持部２１は、後述のとおり、磁区３１（図２）が形成された磁性細線１１に電子を供給し、当該磁区３１を磁性細線１１の長手方向に移動させる際に、当該磁区の一方の磁壁３２（図２）を当該保持部２１の位置で保持（トラップ）するために形成されている。

このように、磁区３１の一方の磁壁３２を保持させるためには、この例のように保持部２１を溝状にする等、磁性細線１１の長手方向と直交する方向の断面を、保持部２１の部分だけ他の部分より小さくすることが考えられる。あるいは、磁性細線１１の長手方向と直交する方向の断面を保持部２１の部分だけ大きくしてもよい。要は、保持部２１の磁気的性質を、磁性細線１１の保持部２１以外の部分と異ならせることにより、磁性細線１１に電子を供給しても、磁性細線１１に形成された磁区３１の一方の磁壁３２が保持部２１の位置でとどまるようにできれば、保持部２１として様々な手段を用いることができる。

磁性細線１１に対しては、所定の手段（後述の金属細線７１）により磁界を発生することで、磁性細線１１の長手方向の一部に磁性細線１１の他の部分とは磁化方向の異なる領域である磁区３１（図２）を形成することができる。
電流源１３は、後述のとおり、磁性細線１１と接続され、磁性細線１１にパルス電流を流すことで電子を供給して、磁区３１を伸縮させる機能を有する（詳細は後述）。

スイッチング素子１５〜１８は、半導体スイッチ等で構成される。スイッチング素子１５は、電流源１３のマイナス側と、磁性細線１１の一方の端部１１ａとを接続しているライン２２に介装され、そのＯＮ，ＯＦＦにより、選択的に磁性細線１１にパルス電流を供給する。スイッチング素子１６は、電流源１３のマイナス側と、磁性細線１１の他方の端部１１ｂとを接続しているライン２３に介装され、そのＯＮ，ＯＦＦにより、選択的に磁性細線１１にパルス電流を供給する。スイッチング素子１７は、磁性細線１１の一方の端部１１ａとＧＮＤとを接続するライン２４に介装され、そのＯＮ，ＯＦＦにより、磁性細線１１の一方の端部１１ａをＧＮＤに選択的に接続する。スイッチング素子１８は、磁性細線１１の一方の端部１１ｂとＧＮＤとを接続するライン２５に介装され、そのＯＮ，ＯＦＦにより、磁性細線１１の一方の端部１１ｂをＧＮＤに選択的に接続する。
制御回路１４は、磁気ヘッド１２、スイッチング素子１５〜１８、電流源１３等の動作を制御する回路である。なお、図１以下では、丸付き数字で制御回路１４と各部との接続を示している。

次に、単位画素型空間光変調器１０の動作について説明する。まず、図２を参照して、磁性細線１１に磁区３１が形成されていないときは、制御回路１４の制御により、所定の手段（後述の金属細線７１）で磁界３５を発生する。この磁界３５により、磁性細線１１の長手方向の一部には局所的に磁区３１が形成される。磁区３１は、磁性細線１１に一度形成されれば、容易には消失しないので、すでに磁区３１が形成されているのであれば、この磁区３１を形成する処理は不要である。

図２に示すように、この例では、初期状態では磁性細線１１には上向きの磁化がなされている。これに対して、磁区３１は下向きの磁化がなされている。そして、磁区３１における磁性細線１１の長手方向の一端１１ａ側の端部には磁壁３２が形成され、磁区３１における磁性細線１１の長手方向の他端１１ｂ側の端部には磁壁３３が形成される。そして、磁壁３２は保持部２１の位置に形成されるように、図２に示すように磁界をかける。

このように、磁性細線１１に磁区３１を形成すると、制御回路１４により、スイッチング素子１５〜１８、電流源１３を制御して、磁性細線１１にパルス電流により電子を供給する。具体的には、スイッチング素子１５，１８を閉じ、スイッチング素子１６，１７は開いた状態にして、電流源１３でパルス電流を発生させる。これにより、磁性細線１１の端部１１ａから磁性細線１１に電子が供給される。

図３は、この場合の磁性細線１１の変化を、段階を追って示している。図３（ａ）は、電流源１３で電子を磁性細線１１に供給する前の状態を示している。
図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態から、電流源１３でパルス電流を磁性細線１１に１パルス分供給したときの磁性細線１１の状態を示している。この場合には、磁性細線１１に、その一端部１１ａから電子が供給され、他端部１１ｂ側の磁壁３３が当該他端部１１ｂ側に所定距離ａだけ移動する。この際に、磁性細線１１の一端部１１ａ側の磁壁３２は、保持部２１に捉えられていて、保持部２１の位置から移動しない。そのため、磁区３１は、磁性細線１１の端部１１ｂ側に向かって長さａだけ延びることになる。

次に、図３（ｃ）に示すように、電流源１３でパルス電流をさらに１パルス分供給すると、磁壁３３が磁性細線１１の端部１１ｂ側に、さらに所定距離ａだけ移動する。この場合も、磁性細線１１の一端部１１ａ側の磁壁３２は、保持部２１に捉えられていて、保持部２１の位置から移動しない。そのため、磁区３１は、磁性細線１１の端部１１ｂ側に向かって更に長さａだけ延びることになる。
すなわち、磁区３１の長さを、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）の３段階に可変することができる。この場合に、電流源１３で供給するパルス電流のパルス数をさらに増やして、４段階以上に磁区３１の長さを可変することも可能である。

次に、図３（ｃ）の状態から、スイッチング素子１６，１７は閉じ、スイッチング素子１５，１８は開いた状態に変更して、電流源１３でパルス電流を発生させる。これにより、磁性細線１１の一端部１１ｂから磁性細線１１に電子が供給される。この場合の磁性細線１１の変化を図４に示している。図４（ａ）は、図３（ｃ）と同様の状態にある磁性細線１１である。そして、この状態から、１パルス分のパルス電流を供給することで、磁性細線１１の一端部１１ｂから磁性細線１１に電子が供給される。すると、図４（ｂ）のように、磁壁３３は図４（ａ）の状態から所定距離ａだけ端部１１ａ側に移動する。この状態から、さらに１パルス分のパルス電流を供給すると、図４（ｃ）のように、さらに所定距離ａだけ端部１１ａ側に移動する。これらの場合にも、磁壁３２は、保持部２１の位置に捉られている。よって、磁区３１は磁性細線１１の長手方向に縮むことになる。
このように、電子を磁性細線１１に供給することにより、磁壁３２は保持部２１の位置に保持したまま、磁区３１を磁性細線１１の長手方向に伸縮することができる。

図５は、図１〜図４に示す単位画素型空間光変調器１０の比較例となる単位画素型空間光変調器４００の動作を示す説明図である。単位画素型空間光変調器４００が単位画素型空間光変調器１０と異なるのは、磁性細線１１に保持部２１が形成されていない点である。その他の構成は、単位画素型空間光変調器１０と同じであるため、図１〜図４と同一の部材等には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

この比較例の単位画素型空間光変調器４００では、電流源１３からの電子の供給により、磁壁３３のみならず磁壁３２も移動する。すなわち、パルス電流を１パルス分印加することにより、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態になり、磁壁３３および磁壁３２が所定距離ａだけ磁性細線１１の長手方向に端部１１ｂ側に向けて移動する。この場合に、磁壁３３と磁壁３２との距離は不変であり、磁区３１は、その長さを変えないまま磁性細線１１の長手方向にシフト移動することになる。さらに、パルス電流を１パルス分印加することにより、図５（ｂ）の状態から図５（ｃ）の状態になり、同様に磁区３１はシフト移動する。また、図５（ｃ）の状態にあるときに、図４の例のように、端部１１ｂ側から磁性細線１１に電子を供給すると、磁区３１は、その長さを変えないまま、磁性細線１１の長手方向に端部１１ｂ側から端部１１ａ側に向けてシフト移動することになる。
このように、単位画素型空間光変調器１０では、磁性細線１１に保持部２１を１か所設けたことにより、パルス電流のパルス数、および電子の供給方向に応じて、磁区３１を段階的に伸縮することができる。そして、この伸縮の範囲は、図３、図４に示す、移動範囲ｂとなる。

図６に示すように、この例では、光４３が、磁性細線１１で反射したときに、その偏光の向きが、磁気光学効果により、当該磁性細線１１の光が入射した領域における磁化方向に対応して一方向又はその反対方向に同じ角度で回転する（旋光する）。図６においては、光は磁性細線１１で反射したときのカー効果により、角度θ_kで旋光し、上向きの磁化方向を示す領域で反射した光は−θ_kだけ、下向きの磁化方向を示す領域で反射した光は＋θ_kだけ旋光する。

よって、偏光板を用い、入射偏光に対して−θ_k旋光した光を遮光するようにすれば、磁性細線１１の上向きの磁化方向の領域で反射した出射偏光は、偏光板で遮光される。一方、磁性細線１１の下向きの磁化方向の領域（磁区３１）で反射した出射偏光は、偏光板を透過する。したがって、１本の磁性細線１１から出射した光は、当該磁性細線１１に形成された磁化方向の異なる領域ごとに明暗を表示することができる。

そして、この明暗は、図３、図４に示す移動範囲ｂ内で段階的に変動することになる。そのため、磁性細線１１を画像表示に用いれば、多値の階調表示を行うことができる。
この場合に、前記のとおり、保持部２１は、当該保持部２１の磁気的性質を、磁性細線１１の保持部２１以外の部分と異ならせ、電子の供給にかかわらず磁壁３２を当該保持部２１の位置に保持できる手段であれば、様々な手段を用いることができる。

しかし、前記のように、磁性細線１１に溝を形成すること等により、磁性細線１１の他の部分より磁性細線１１の長手方向と直交する方向の断面積を小さくすることで、保持部２１を形成するのが望ましい。すなわち、磁性細線１１に溝を形成する方が、磁性細線１１に、その長手方向と直交する方向の断面積を大きくする等の加工を行うのに比べて、保持部２１の製造工程が容易となる。すなわち、磁性細線１１に微細な溝を形成するだけで、保持部２１を形成することができるからである。

（ライン型空間光変調器）
以上のような構成、動作の単位画素型空間光変調器１０を複数組み合わせることにより、実施形態１にかかるライン型空間光変調器１００を構成することができる。以下では、ライン型空間光変調器１００について説明する。
図７〜図１３は、本実施形態１のライン型空間光変調器１００の概略構成を示す説明図である。このライン型空間光変調器１００は、主に、複数個の単位画素型空間光変調器１０と、遮光部材５１と、金属細線７１と、直流電源７２，７５と、スイッチング素子７３，７６と、絶縁層８１と、磁界印加部８２とから構成される。

図７の例では、便宜上、４個の単位画素型空間光変調器１０のみを図示しているが、実際は更に多くの単位画素型空間光変調器１０を用いることができる。また、図７の例では、制御回路１４、スイッチング素子１６，１７等は図示を省略している。
このライン型空間光変調器１００は、複数の単位画素型空間光変調器１０の各磁性細線１１を、その幅方向に向かって一方向に配列している。

そして、各磁性細線１１の光４３が入射し旋光して出射する側（図７で上側）で、磁区３１の移動範囲ｂ（図３、図４）を除く、その外側の部分ｃには、例えば表面が黒色の遮光部材５１が形成されている。これにより、各磁性細線１１の両端１１ａ、１１ｂ側の部分ｃは、光４３から遮られている。そして、磁区３１の移動範囲ｂに対応する部分は、光４３から遮られない開口５２をなしている。なお、電流源１３は、全磁性細線１１で共通化することができる。

図８は、本実施形態１のライン型空間光変調器１００の金属細線７１等を説明する説明図である。
ライン型空間光変調器１００においては、金属細線７１が、複数本の磁性細線１１の各保持部２１に対向して設けられている。より具体的には、金属細線７１は、各磁性細線１１の幅方向（並列方向）を長手方向として、各磁性細線１１の保持部２１上を次々と通過するように設けられている。金属細線７１は、例えば、遮光部材５１と各磁性細線１１との間の空間に設けられる。このような金属細線７１は、導電性の金属を細線状に形成した部材である。

直流電源７２は、直流電流を金属細線７１に供給する電源である。ライン７４により、直流電源７２のマイナス側は金属細線７１のｙ方向の一端部７１ａと接続され、直流電源７２のプラス側は金属細線７１のｙ方向とは逆方向の他端部７１ｂと接続されている。スイッチング素子７３は、半導体スイッチ等で構成され、ライン７４に介装されている。
また、ライン７７により、直流電源７５のプラス側は金属細線７１のｙ方向の一端部７１ａと接続され、直流電源７５のマイナス側は金属細線７１のｙ方向とは逆方向の他端部７１ｂと接続されている。スイッチング素子７６は、半導体スイッチ等で構成され、ライン７７に介装されている。すなわち、直流電源７２と直流電源７５とは、マイナス側とマイナス側とを互いに反対にして並列接続されている。

直流電源７２，７５、スイッチング素子７３，７６は、制御回路１４（図１）により制御され、スイッチング素子７３を閉じれば、直流電源７２により、金属細線７１の一端部７１ｂから他端部７１ａに向かって電流が流れ、スイッチング素子７３を開けば、当該電流の流れは停止する。一方、スイッチング素子７６を閉じれば、直流電源７５により、金属細線７１の一端部７１ａから他端部７１ｂに向かって電流が流れ、スイッチング素子７６を開けば、当該電流の流れは停止する。

このように、図８の例では、２つの直流電源７２，７５を使用し、金属細線７１の長手方向のどちらの向きにも選択的に電流を流すことができる。なお、図１を参照して前記した単位画素型空間光変調器１０の例のように、１つの直流電源と４つのスイッチング素子とを用いて、スイッチング素子の切り替えにより金属細線７１の長手方向のどちらの向きにも選択的に電流を流すことができるように構成してもよい。

金属細線７１は、このように直流電源７２，７５によって直流電流を通電することにより周囲に磁界を発生させ、複数本の各磁性細線１１に磁界をかけることができる。また、直流電源７２と直流電源７５とを使い分けることにより、金属細線７１の長手方向のどちらの向きにも電流を流すことができるので、磁性細線１１にかける磁界の向きを変えることができる。

図９は、磁性細線１１の長手方向で切断したライン型空間光変調器１００の縦断面図である。各磁性細線１１と金属細線７１との間には、磁性細線１１と金属細線７１とを絶縁する絶縁層８１が設けられている。
また、各磁性細線１１に対して設けられ、当該複数本の磁性細線１１の全体に磁界をかける磁界印加部８２が、例えば各磁性細線１１の下部に設けられている。磁界印加部８２は、全磁性細線１１の全域にわたって設けられている。磁界印加部８２も制御回路１４（図１）により制御される。

次に、金属細線７１、磁界印加部８２を設けたことによる、ライン型空間光変調器１００の動作について説明する。
まず、図１０（ａ）に示すように、ライン型空間光変調器１００の金属細線７１に前記の直流電源７２で電流を流すと、金属細線７１の周囲に磁界３５が発生し、この磁界３５の方向により、保持部２１よりｘ方向側には磁化の方向がｚ方向と逆向き（下向き）となる磁区３１が形成される。

ここで、磁区３１を形成するために磁性細線１１に磁界３５をかけるための手段としては様々な手段が考えられる。一般的には、各磁性細線１１の近傍の所定位置に、それぞれ磁気ヘッドを設け、この磁気ヘッドで磁界３５を発生させることが考えられる。
しかし、多数の磁性細線１１によりライン型空間光変調器１００を構成する場合には、磁気ヘッドも多数設ける必要があり、装置構成が大型化し、構成が複雑化して、製造コストが増大してしまうという問題がある。

これに対して、ライン型空間光変調器１００に前記の金属細線７１を設けて磁界３５を発生させる場合は、多数の磁性細線１１に対し、１本（又は少ない本数）の金属細線７１を設けるだけで、全ての磁性細線１１に磁界３５を発生させ、磁区３１を形成することができる。
そのため、前記の磁気ヘッドを多数設けるような場合と比べて、実施形態１によれば、装置構成が小型で、構成が比較的単純であり、低製造コストで製造できるライン型空間光変調器１００を提供することができる。

また、図９の変形例として、図１０（ｂ）に示すように、磁性細線１１の金属細線７１とは反対側に磁性細線１１に対向して設けられ、磁性細線１１より透磁率の高い高透磁率部８５を、ライン型空間光変調器１００に設置するようにしてもよい。
このように、透磁率の高い高透磁率部８５を形成すれば、磁区３１を形成する磁界３５の向きは、図１０（ａ）のような斜めに傾斜した成分ではなく、図１０（ｂ）に示すような立った状態の成分とすることができるので、磁区３１の形成に好適である。

次に、金属細線７１と磁界印加部８２とを組み合わせた動作について説明する。まず、ライン型空間光変調器１００の磁性細線１１の初期状態が図９のような状態であったとする。
次に、磁界印加部８２を駆動して、各磁性細線１１に磁界３６をかける。これにより、磁性細線１１の全体が下向きに磁化され、図９の初期状態で形成されていた磁区３１も消去される。

次に、図１２に示すように、スイッチング素子７６を閉じ、直流電源７５により、金属細線７１にその一端部７１ａから他端部７１ｂに向かう電流を流すと、前記の図１０（ａ）の磁界３５とは逆向きの磁界３７が金属細線７１の周囲に発生する。これにより、保持部２１よりｘ方向側には磁化の方向がｚ方向（上向き）となる磁区３１が形成される。すなわち、図９の初期状態とは磁化の方向が逆向きとなる磁区３１である。

その後は、図１３に示すように、前記のスイッチング素子１５，１８を閉じることにより、電流源１３から電子を磁性細線１１に供給し、初期状態の図９における磁区３１と同じ長さの磁区３１となるように（矢印３８方向に磁区３１が伸長するように）、電流源１３からパルス電流を磁性細線１１に印加し、磁区３１を形成する。
このように、図１３で形成された磁区３１は、図９の初期状態の磁区３１と比べると、長さは同じであるが、磁化の方向が反対になっている。そのため、図１３の磁区３１による階調表現は、図９の初期状態の磁区３１による階調表現を反転したものとなる。すなわち、図１１〜図１３を参照して説明した処理を経ることにより、図９の初期状態に対する反転画像をライン型空間光変調器１００により容易に表現することができる。

ここで、図７における磁区３１の移動範囲ｂでの下向きの磁区３１の長さが、最短の状態を０％として、０％，２５％，５０％，７５％，１００％にそれぞれ変動しうるように、階調を５段階に変える場合について考える。この場合に、図９の初期状態に対する反転画像を形成するとは、移動範囲ｂでの上向きの磁区３１の長さが、同じパーセンテージとなることである。つまり、初期状態の下向きの磁区３１の長さが０％なら、上向きの磁区３１の長さも０％とし、初期状態の下向きの磁区３１の長さが２５％なら、上向きの磁区３１の長さも２５％とすることである（より詳細は後述する）。

（画像表示装置）
図１４は、ライン型空間光変調器１００を用いた画像表示装置２００の構成を示す説明図である。図１４において、ライン型空間光変調器１００は、磁性細線１１の長手方向の切断線で切断した拡大縦断面で示している。
この画像表示装置２００は、ライン型空間光変調器１００、光学系２１１、偏光子２１２，２１３、検出器２１４等からなる。
ライン型空間光変調器１００の遮光部材５１の上方には、光学系２１１と、偏光子２１２，２１３と、検出器２１４とが設けられている。

光学系２１１は、例えばレーザー光源、及びこれに光学的に接続されてレーザー光を磁性細線１１の並びの全面に照射する大きさに拡大するビーム拡大器、さらに拡大されたレーザー光を平行光にするレンズで構成される（図示省略）。光学系２１１から照射された光（レーザー光）４３（４３ａ）は、様々な偏光成分を含んでいるため、この光４３ａはライン型空間光変調器１００の手前の偏光子２１２を透過させて、１つの偏光成分の光（偏光）４３（４３ｂ）にする。偏光子２１２，２１３はそれぞれ偏光板等であり、検出器２１４はスクリーン等の画像表示手段である。

光学系２１１は、平行光としたレーザー光４３ａを、ライン型空間光変調器１００へ所定の入射角で入射するように光を照射する。レーザー光４３ａは偏光子２１２を透過して偏光（入射偏光）４３ｂとなり、開口５２から各磁性細線１１に向けて入射する。入射偏光４３ｂは、磁性細線１１で反射して、ライン型空間光変調器１００から出射偏光４３（４３ｃ）として出射する。偏光子２１３はすべての出射偏光４３ｃのうちの特定の偏光を遮光し、偏光子２１３を透過した光４３（４３ｄ）が検出器２１４に入射する。

入射偏光４３ｂは、磁性細線１１で反射したときに、その偏光の向きが、磁気光学効果により、当該磁性細線１１の入射偏光４３ｂが入射した領域における磁化方向に対応して一方向又はその反対方向に同じ角度で回転する（旋光する）。図１４においては、入射偏光４３ｂは、磁性細線１１で反射したときのカー効果により角度θ_kで旋光する。すなわち、上向きの磁化方向を示す領域で反射した光は−θ_kだけ旋光し、下向きの磁化方向を示す領域で反射した光は＋θ_kだけ旋光する。偏光子２１３は、入射偏光４３ｂに対して−θ_kだけ旋光した光を遮光するものとする。そのため、上向きの磁化方向の領域で反射した出射偏光４３ｃは、偏光子２１３で遮光され、一方、下向きの磁化方向の磁区３１で反射した出射偏光４３ｃは、偏光子２１３を透過して検出器２１４に照射される（光４３ｄ）。したがって、１本の磁性細線１１（の移動範囲ｂ）から出射した光４３ｃは、当該磁性細線１１に形成された磁区３１と、それ以外の領域とで明暗（白黒）に切り分けられたパターンとなって検出器２１４へ表示される。

したがって、画像表示装置２００により、磁性細線１１の配列方向にライン状の画像を表示することができる。そして、このライン状の画像表示において、多値の階調表示を行うことができる。
また、磁性細線１１において、画像表示に関わる移動範囲ｂ以外の部分ｃを遮光部材５１で遮光するので、的確な画像表示を行うことができる。

この場合に、前記した図１１〜図１３を参照して説明した処理を経ることによる前記の反転画像の形成の場合について説明する。ここで、図７における磁区３１の移動範囲ｂでの図９に示す初期状態の下向きの磁区３１は、図１１〜図１３を参照して前記した処理により、図１３のように上向きの磁区３１に変更される。これにより、図９に示す初期状態が、それぞれ０％，２５％，５０％，７５％，１００％の場合に、変更後の磁区３１の長さが、それぞれ０％，２５％，５０％，７５％，１００％となる（磁区３１の長さは初期状態と同じになる）。そして、図９に示す初期状態で磁区３１の長さが０％，２５％，５０％，７５％，１００％であるのにそれぞれ対応して、検出器２１４に照射される光４３ｄの光量が、おおむね、０％，２５％，５０％，７５％，１００％であるとする。この場合に、図１３のように上向きの磁区３１に変更後は、検出器２１４に照射される光４３ｄの光量は、おおむね、１００％，７５％，５０％，２５％，０％となり、図９に示す初期状態に対して反転画像を形成することができる。

［実施形態２］
次に、本発明の実施形態２となる平面型空間光変調器、および画像表示装置について説明する。
（空間光変調器）
図１５は、本実施形態２の平面型空間光変調器３００の概略構成を示す説明図である。なお、実施形態２の説明において、実施形態１と共通の部材等については、前記の実施形態１と共通の符号を用い、詳細な説明は省略する。この平面型空間光変調器３００は、主として、複数個の単位画素型空間光変調器１０（実施形態１）と、Ｘ電極６１と、Ｙ電極６２と、Ｘ電極選択部６３と、Ｙ電極選択部６４と、電源部６５と、画素選択部６６と、遮光部材５１と、金属細線７１と、磁界印加部８２とからなる。

この平面型空間光変調器３００は、複数本のＸ電極６１と、複数本のＹ電極６２とが互いに格子状となるように配列されている。そして、各Ｘ電極６１と各Ｙ電極６２とが交差する位置には、それぞれ磁性細線１１が、一端１１ａ側をＸ電極６１に接続し、他端１１ｂ側をＹ電極６２に接続して設けられている。この例では、便宜上、Ｘ電極６１、Ｙ電極６２を各４本、磁性細線１１を１６本、図示している。これにより、磁性細線１１は、縦４列、横４列でマトリックス状に配列される。各磁性細線１１は、それぞれ画素６７を構成している（図１５では、便宜上、単一の画素６７のみを図示）。よって、図１５の例では、１６画素となる。なお、例えば、スーパーハイビジョン（登録商標）の画像を表示する場合は、水平方向に約８０００個、垂直方向に約４０００個の画素６７が必要である。

このようにマトリックス状に配置された各磁性細線１１の上には、遮光部材５１が設けられている。遮光部材５１の各画素６７において、磁区３１の移動範囲ｂ（図７）の部分には、開口５２がそれぞれ形成されている。なお、図１５の例では、各磁性細線１１の長手方向が図１５の水平方向、垂直方向に対して斜めに傾斜しているが、各磁性細線１１の長手方向を水平方向または垂直方向とし、開口５２の向きも、その磁性細線１１の方向に対応させるようにしてもよい。すなわち、矩形状の開口５２の各辺の方向が、水平方向または垂直方向となるようにしてもよい。

Ｘ電極選択部６３は、各磁性細線１１に対応した（端部１１ａに接続される）スイッチング素子１５，１７（図１）をそれぞれ備えている。また、Ｙ電極選択部６４は、各磁性細線１１に対応した（端部１１ｂに接続される）スイッチング素子１６，１８（図１）をそれぞれ備えている。
電源部６５には、電流源１３（図１）が設けられている。この電流源１３も各磁性細線１１に１対１で対応させて設けられている必要はなく、複数の磁性細線１１で共通化してよい。

画素選択部６６は、制御回路１４（図１）を備えている。そして、画素選択部６６は、所望の画素６７を選択する。すなわち、所望の画素６７が接続されているＸ電極６１、Ｙ電極６２のスイッチング素子１５，１８を閉じる（磁区３１を前記のとおり延ばすとき）。または、スイッチング素子１６，１７を閉じる（磁区３１を前記のとおり縮めるとき）。これにより、所望の画素６７の磁区３１を伸縮させることができる。

例えば、図１５の最も右上の画素６７で磁区３１の長さを制御する場合は、図１５で最も右のＸ電極６１と、最も上のＹ電極６２とを選択する。すなわち、当該画素６７の磁区３１を延ばすときは、最も右のＸ電極６１、最も上のＹ電極６２にそれぞれ接続されたスイッチング素子１５，１８を閉じる。また、磁区３１を縮めるときは、最も右のＸ電極６１、最も上のＹ電極６２にそれぞれ接続されたスイッチング素子１６，１７を閉じる。

また、図１５のように並んで配置されている１又は複数個の磁性細線１１の保持部２１を横断するように、保持部２１と遮光部材５１との間には前記の直線状の金属細線７１が複数本形成されている。図１５では図示を省略しているが、この各金属細線７１にそれぞれ対応して、直流電源７２，７５、スイッチング素子７３，７６等、前記の図８を参照して説明した回路要素が設けられている。さらに、各磁性細線１１の下部には前記の磁界印加部８２（図９）が設けられている。なお、実施形態１と同様に、絶縁層８１（図１０（ｂ））を磁性細線１１と金属細線７１との間に設けるようにしてもよい。

このように、本実施形態においても、実施形態１の場合と同様の金属細線７１、磁界印加部８２を設けているので、実施形態１と同様の動作により、装置構成が小型で、構成が比較的単純であり、低製造コストで製造できる平面型空間光変調器３００を提供することができる。
また、実施形態１と同様の動作により、元画像の反転画像を容易に形成することができる。
さらに、実施形態１と同様に、高透磁率部８５（図１０（ｂ））を実施形態１の場合と同様に設けて、磁区３１を形成しやすくしてもよい。

（画像表示装置）
平面型空間光変調器３００を用いた画像表示装置の構成は、前記した実施形態１の画像表示装置２００と同様である。すなわち、平面型空間光変調器３００、光学系２１１、偏光子２１２，２１３、検出器２１４（図１４）等からなる。そして、実施形態１と同様、光学系２１１により各画素６７の各開口５２に入射偏光４３ｂが入射するようにすることで、平面画像を検出器２１４に表示することができる。

１０ライン型空間光変調器（空間光変調器）
１１磁性細線
１１ａ，１１ｂ端部
１３電流源
２１保持部
３１磁区
３２，３３磁壁
６７画素
７１金属細線
８２磁界印加部
８５高透磁率部
３００平面型空間光変調器（空間光変調器）

Claims

磁性膜が細線状に形成され、長手方向の一部に他の部分とは磁化方向の異なる磁区が形成され得る複数本の磁性細線と、
前記磁性細線の両端側のいずれからも電子の供給を可能とする電流源と、
前記磁性細線の長手方向の一部に形成され、当該磁性細線の一部に前記磁区の一方の磁壁の位置を前記の電子の供給によっても保持せしめ、他方の磁壁の位置を当該電子の供給により前記磁性細線の長手方向に移動可能とする保持部と、
前記複数本の磁性細線の各保持部に対向して設けられ、通電により当該複数本の磁性細線に前記磁区形成のための磁界をかける金属細線とを備えることを特徴とする空間光変調器。
前記複数本の磁性細線に対して設けられ、当該複数本の磁性細線の全体に前記磁区を消去するような磁界をかける磁界印加部を備えることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
前記磁性細線の前記金属細線とは反対側に設けられ、前記磁性細線より透磁率の高い高透磁率部を前記磁性細線に対向して備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の空間光変調器。
前記各磁性細線によりそれぞれ表示される複数の画素が一方向又は縦横方向に複数個並列して配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかの一項に記載の空間光変調器。