JPH04219725A - 磁気光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気光学素子に係り、特
に磁性流体の磁気光学効果を用いて光の透過、不透過の
切換えを行なうための磁気光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば、高解像度の投影型デ
ィスプレイや液晶ディスプレイ、あるいは、カメラやレ
ーザプリンタ等の光学機器においては、各画素毎におけ
る光のＯＮ、ＯＦＦの切換えや、光シャッタにより、光
の透過、不透過の切換えをすることが行なわれている。

【０００３】このような光の切換えを行なう場合、従来
から、例えば、ＬＣＤ素子、強誘電性ＬＣＤ素子あるい
はＰＬＺＴ素子等の電気光素子が多く用いられている。

【０００４】そして、このようなＬＣＤ素子等の電気光
素子を通電制御して前記電気光素子を駆動することによ
り、光の透過、不透過制御を行なうようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来のＬ
ＣＤ素子および強誘電性ＬＣＤ素子等の電気光素子にお
いては、通電制御に対するＯＮ、ＯＦＦ動作の応答速度
が極めて遅く、しかも、ＯＮ、ＯＦＦ動作時のコントラ
スト比が小さく、適正な解像度を得ることが困難である
という問題を有している。

【０００６】また、前記いずれの電気光素子においても
、光のＯＮ、ＯＦＦのみの動作であり、光の透過量を調
節することができず、光源からの光を半透過させる中間
階調の光を出光させることができず、しかも、前記いず
れの電気光素子においても、材料コストが高く、製造コ
ストが極めて高くなってしまうという問題を有している
。

【０００７】本発明は前記した点に鑑みてなされたもの
で、動作応答速度が高く、かつ、コントラスト比が大で
、種々の光学機器に適用することができ、しかも、構造
も簡単であり、安価に製造することのできる磁気光学素
子を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
本発明に係る磁気光学素子は、磁性流体の磁気光学効果
を用いて光の透過、不透過の切換えを行なうための磁気
光学素子において、透光性を有する基板の一面側に、一
部に磁界形成用の間隙部が形成されるとともにコイルが
巻回された多数のヨークコアを固着し、前記基板の前記
ヨークコアの間隙部分に対応する部分に、磁性流体を透
光性部材により封入して磁性流体薄膜を形成し、前記各
ヨークコアの間に磁気シールドを配設したことをその特
徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、所定の制御信号に基づいて所
望のヨークコアに対応するコイルに通電することにより
、ヨークコアの間隙部に発生する所定方向の磁界が磁性
流体に加わることにより発生する磁気光学効果を利用し
て、例えば、透過光量、透過光強度等の光の透過特性を
制御するものであり、その結果、コイルへの通電のＯＮ
、ＯＦＦ制御を行なうことにより、光のＯＮ、ＯＦＦ制
御を行なうことができ、しかも、コイルへの通電電流を
調整することにより、中間階調光を透過させることがで
きる。また、基板上にヨークコアを多数配列してアレイ
化するようにしているので、レーザプリンタのヘッドや
液晶ディスプレイ等の各画素に対応する光シャッタ等に
適用することができ、さらに、各ヨークコアの間に磁気
シールドを配設するようにしているので、各ヨークコア
のコイルに通電した際に間隙部に発生する磁界が隣接す
るヨークコアに干渉してしまうことを防止することがで
きるものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図３を参照
して説明する。

【００１１】図１は本発明に係る磁気光学素子の一実施
例を示したもので、ガラス等の透明な材料からなる長尺
状の基板１の一面側には、磁界付与手段を構成する四角
枠状の多数のヨークコア２，２…がその一側が基板１の
中央部分に位置するように固着されており、これら各ヨ
ークコア２の一側辺部分には、間隙部３が形成されてい
る。前記各ヨークコア２は、前記間隙部３が基板１のほ
ぼ中央部において直線状に、かつ、例えば、約５０μｍ
程度の間隔となるように配列されており、これら各ヨー
クコア２の他側辺部分は、前記基板１の一側部分に突出
されて巻線部４とされている。

【００１２】また、前記基板１の表面には、四角枠状の
密封堰５がその内側に前記ヨークコア２の間隙部３が位
置するように前記基板１の長手方向に沿って形成されて
おり、この密封堰５の内側には、磁性流体６が、前記基
板１の表面側に固着された透光性のカバーガラス７によ
り漏洩しないように封入されている。

【００１３】この磁性流体６は、例えば、酸化第２鉄粉
、マグネタイト（磁鉄鉱）等の磁性粉と水あるいはシク
ロヘキサン、エタノール等の有機溶剤とを混合すること
により構成されるものである。なお、前記密封堰５は、
前記基板１あるいはカバーガラス７のいずれに形成する
ようにしてもよいし、前記カバーガラス７を基板１に固
着するための接着剤を密封堰５として用いるようにして
もよい。さらに、場合によっては、密封堰５を省略して
磁性流体６の表面張力により、封止するようにしてもよ
い。

【００１４】また、前記ヨークコア２の厚さは、例えば
、５０μｍ以下、好ましくは、１０μｍ程度に形成され
ており、前記基板１とカバーガラス７との間の前記ヨー
クコア２の間隙部３に前記磁性流体６による薄膜が形成
されるものである。

【００１５】さらに、前記ヨークコア２の巻線部４には
、コイル８が数１００ターン程度巻回されており、前記
コイル８に通電することにより、前記ヨークコア２の間
隙部３に磁界を発生させることができるものである。

【００１６】また、本実施例においては、前記基板１の
各ヨークコア２の間には、密封堰５部分を貫通して上下
に延在する磁気シールド９が配設されており、この磁気
シールド９により前記各ヨークコア２の間隙部３に発生
する磁界の干渉を防止するようになされている。

【００１７】次に、本実施例の作用について説明する。

【００１８】本実施例においては、所定の制御信号に基
づいて所望のヨークコア２に対応するコイル８に通電す
ることにより、ヨークコア２の間隙部３に所定方向の磁
界が発生し、この磁界が磁性流体６に加わることにより
、前記磁性流体６に磁気光学効果が発生する。そして、
この磁気光学効果を利用して、例えば、透過光量、透過
光強度等の光の透過特性を制御するものであり、その結
果、コイル８への通電のＯＮ、ＯＦＦ制御を行なうこと
により、光のＯＮ、ＯＦＦ制御を行なうことができ、し
かも、コイル８への通電電流を調整することにより、中
間階調光を透過させることができるものである。

【００１９】前記磁気光学効果は、直線偏光の進行方向
に対して垂直方向から磁場が加わる際に生じる現象で、
磁場方向と垂直方向とで屈折率の差、すなわち複屈折が
生じる。この場合の磁場に垂直な偏光成分と平行な偏光
成分との位相差をδとすると、δは次式で表わすことが
できる。

【００２０】δ＝２π（ｎｐ　−ｎｖ　）ｄ／λここで
、ｎｐ　、ｎｖ　はそれぞれ磁界に平行な方向と垂直な
方向の屈折率、ｄは磁性流体中の光路長（磁性流体に垂
直に入射する場合は、磁性流体の厚さ）、λは波長であ
る。

【００２１】また、δはＨ（磁界）の関数でもあり、磁
場に対して垂直方向の偏光および水平方向の偏光におけ
る光の透過率も磁界によって変化する。その結果、コイ
ル８への通電電流を制御して磁性流体６に適当な磁場を
印加することにより、この位相差あるいは光出力変化の
大きさから、光のＯＮ、ＯＦＦ、透過光量の中間階調を
も制御することが可能となる。

【００２２】そして、前記基板１の前面およびカバーガ
ラス７の後面に、偏光子および検光子（共に図示せず）
を配置するか、あるいは、前記基板１およびカバーガラ
ス７をそれぞれ偏光子および検光子を兼ねるように形成
し、この偏光子側から光を照射すると、前記偏光子を介
して直線偏光のみが透過されて磁性流体６へ入射される
ことになる。

【００２３】この場合に、前記コイル８に通電していな
い状態では、前記磁性流体６の薄膜が複屈折性を生じて
いないので、直線偏光のまま検光子に入射し、検光子の
偏光方向を前記偏光子の偏光方向に対して垂直に配置す
れば、この光は、検光子を透過せず、遮断されることに
なる。

【００２４】一方、前記コイル８に通電すると、前記磁
性流体６の薄膜に複屈折性が生じるので、前記偏光子を
透過した直線偏光が磁性流体６の薄膜を透過した際に、
楕円偏光となり、偏光子の偏光面と直交した方向に偏光
面を有する検光子を通過する偏光も生じ、この偏光が透
過されるようになる。また、透過光強度Ｉは、複屈折に
よる位相差δに対し、

【００２５】

【００２６】という関係にあり、δが磁界の関数である
から、Ｉも磁界、すなわち、前記コイル８の電流により
変化する。

【００２７】このように前記コイル８への通電のＯＮ、
ＯＦＦ制御を行なうことにより、磁性流体６を介して光
のＯＮ、ＯＦＦ制御を行なうことができ、しかも、前記
コイル８への通電電流を調整することにより、前記磁性
流体６を出射した光の楕円偏光の程度を変化させること
ができるので、ＯＮ、ＯＦＦの中間程度の光量の中間階
調光を透過させることができるものである。このとき、
本実施例においては、各ヨークコア２の間に磁気シール
ド９を配設するようにしているので、各ヨークコア２の
コイル８に通電した際に間隙部３に発生する磁界が隣接
するヨークコア２に干渉してしまうことを防止するよう
になっている。

【００２８】したがって、本実施例においては、コイル
８への通電制御を行なうことにより、磁性流体６に磁界
を印加して光のＯＮ、ＯＦＦ制御を行なうことができる
ので、従来の電気光素子の代りに、各種光学機器に適用
することができる。また、本実施例においては、基板１
上にヨークコア２を多数配列してアレイ化するようにし
ているので、レーザプリンタのヘッドや液晶ディスプレ
イ等の各画素に対応する光シャッタ等に適用することが
可能となる。この場合、ヨークコア２の間隙部３の幅寸
法をレーザ光のスポットの直径とほぼ同等に形成すると
よい。また、従来のＬＣＤ素子や強誘電性ＬＣＤ素子等
の電気光素子と比較して、通電制御に対するＯＮ、ＯＦ
Ｆ動作の応答速度が極めて速く、しかも、ＯＮ、ＯＦＦ
動作時のコントラスト比を大きく確保することができ、
ディスプレイ等に適用した場合に、中間階調等の適正な
解像度を得ることが可能となる。さらに、主駆動材料で
ある磁性流体６の材料コストが極めて安価となるので、
製造コストの低減を図ることができる。

【００２９】また、本実施例においては、各ヨークコア
２の間に磁気シールド９を配設するようにしているので
、各ヨークコア２同士の磁界の干渉を確実に防止するこ
とができる。

【００３０】さらに、前記ヨークコア２により、磁性流
体６の膜厚を容易に規定することができるので、製造効
率を著しく高めることができ、さらに、前記ヨークコア
２の巻線部４が基板１から突出しているので、コイル８
の巻回作業を極めて容易に行なうことができる。

【００３１】また、前記磁性流体６の薄膜および磁界付
与手段である多数のヨークコア２、コイル８等を１つの
基板１に一体に形成しているので、構成が簡単で、装置
の小型化、微細化を図ることができ、製造が容易で、製
造コストも低減させることができる。

【００３２】なお、前記コイル８への通電による発熱、
あるいは、磁性流体６自体の発熱が顕著である場合には
、前記基板１の形成材料として、ガラスの代わりに、光
の通過部分が透明とされたアルミナ基板を用いたり、あ
るいは、光の透過部分に開口が形成された放熱用金属薄
膜を貼着するようにしてもよい。さらに、前記磁気シー
ルド９を放熱性のよい材質により形成し、この磁気シー
ルド９に放熱機能を持たせるようにしてもよい。

【００３３】また、前記各ヨークコア２をその巻線部４
中央部分で２つに分割するようにしてもよく、この場合
においては、ヨークコア２の組立性を著しく向上させる
ことができる。

【００３４】さらに、ヨークコア２をその巻線部４の中
央部分で２つに分割した場合に、この分割型ヨークコア
２にあらかじめコイル８が巻回されたボビン（図示せず
）を装着するようにすれば、基板１にヨークコア２が装
着された状態で、コイル８を巻回する場合に比べて、コ
イル８の巻回作業を極めて容易に行なうことができ、製
造効率を著しく高めることができる。

【００３５】また、図２は本発明の他の一実施例を示し
たもので、透明材料からなる長尺状の基板１の一面側に
は、多数のヨークコア２，２…が薄膜形成技術等の手段
により、例えば、５０μｍ以下、好ましくは、１０μｍ
程度の薄膜として形成されており、このヨークコア２の
一部には、間隙部３が形成されるとともに、このヨーク
コア２の間隙部３の対称側辺は、巻線部４とされている
。前記各ヨークコア２は、前記間隙部３が基板１のほぼ
中央部において直線状に、かつ、等間隔に配列されてい
る。

【００３６】また、前記基板１の表面のヨークコア２の
間隙部３には、磁性流体６が四角枠状の密封堰５および
カバーガラス７により漏洩しないように封入されており
、これにより、基板１とカバーガラス７との間の前記ヨ
ークコア２の間隙部３に前記磁性流体６による薄膜が形
成されるものである。

【００３７】さらに、本実施例においては、前記基板の
ヨークコア２の巻線部には、コイル８が薄膜形成技術に
より形成されている。

【００３８】すなわち、このコイル８は、基板１の表面
にヨークコア２の裏面側に対応する下コイル８ａを形成
し、この下コイル８ａの表面にヨークコア２を形成した
後、このヨークコア２の巻線部の表面に、上コイル８ｂ
をその下端部が前記下コイル８ａの下端部に接続される
とともに、その上端部が隣接する下コイル８ａの上端部
に順次接続されるように形成することにより形成される
ものである。

【００３９】また、本実施例においては、前記基板１の
各ヨークコア２の間には、密封堰５部分を貫通して上下
に延在する磁気シールド９が配設されており、この磁気
シールド９は、薄膜形成技術により形成するようにして
もよい。

【００４０】本実施例においても前記実施例と同様に、
コイル８への通電制御を行なうことにより、磁性流体６
に磁界を印加して光のＯＮ、ＯＦＦ制御を行なうことが
できるので、各種光学機器に適用することができる。ま
た、通電制御に対するＯＮ、ＯＦＦ動作の応答速度を著
しく高めることができるとともに、コントラスト比を大
きく確保することができ、さらに、製造コストの低減を
図ることができる。

【００４１】また、本実施例においても、各ヨークコア
２の間に磁気シールド９を配設するようにしているので
、各ヨークコア２同士の磁界の干渉を確実に防止するこ
とができる。

【００４２】さらに、本実施例においては、前記各ヨー
クコア２およびコイル８をそれぞれ薄膜形成技術により
形成するようにしているので、極めて容易に微小寸法の
ヨークコア２およびコイル８を形成することができ、製
造効率を著しく高めることができる。

【００４３】なお、前記ヨークコア２およびコイル８は
、下側に位置する分割された一方の下ヨークコアを形成
し、この下ヨークコアの表面にスパイラル状のコイルを
形成した後、前記下ヨークコアの巻線部に接続される上
ヨークコアを形成するようにしてもよい。

【００４４】また、前記磁性流体６を封入するための密
封堰５を薄膜形成技術によりＳｉＯ２　、アルミナ等の
薄膜により形成するようにしてもよい。

【００４５】さらに、図３は本発明の他の実施例を示し
たもので、透明な材料からなる長尺状の基板１の一面側
には、磁界付与手段を構成する台形枠状の多数のヨーク
コア２，２…が薄膜形成技術等の手段により、例えば、
５０μｍ以下、好ましくは、１０μｍ程度の薄膜として
交互に千鳥状に形成されており、これら各ヨークコア２
の基板１の中央部分に位置する短辺部分には、間隙部３
が形成されている。前記各ヨークコア２は、前記間隙部
３が基板１のほぼ中央部において直線状に、かつ、例え
ば、約５０μｍ程度の間隔となるように配列されており
、これら各ヨークコア２の長辺部分は、前記基板１の両
側部分に交互に突出されて巻線部４とされている。

【００４６】また、本実施例においては、前記基板１の
各ヨークコア２の間には、密封堰５部分を貫通して上下
方向にじくざぐ状に形成された磁気シールド９が配設さ
れている。

【００４７】その他の部分は、前記各実施例のものと同
様である。

【００４８】本実施例においても前記各実施例と同様に
、コイル８への通電制御を行なうことにより、磁性流体
６に磁界を印加して光のＯＮ、ＯＦＦ制御を行なうこと
ができ、また、通電制御に対するＯＮ、ＯＦＦ動作の応
答速度を著しく高めることができるとともに、コントラ
スト比を大きく確保することができ、さらに、製造コス
トの低減を図ることができ、極めて容易に微小寸法のヨ
ークコア２およびコイル８を形成することができ、製造
効率を著しく高めることができる。

【００４９】また、本実施例においても、各ヨークコア
２の間に磁気シールド９を配設するようにしているので
、各ヨークコア２同士の磁界の干渉を確実に防止するこ
とができる。

【００５０】さらに、本実施例においては、台形状のヨ
ークコア２を千鳥状に配列しているので、基板１の一側
における前記ヨークコア２の巻線部４が１つおきに位置
することになり、これにより、コイル８により比較的多
くのスペースが必要とされる巻線部４の配置スペースを
大きく確保することができる。その結果、１つの基板１
上に多数のヨークコア２を配列することができ、磁気光
学素子が高密度に配列されたアレイを形成することがで
きる。

【００５１】なお、前記実施例においては、前記各ヨー
クコア２の間隙部２を直線状に配列するようにしている
が、前記ヨークコア２を大きく千鳥状に配列して前記ヨ
ークコア２の間隙部３を２列に配列するようにしてもよ
い。

【００５２】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、必要に応じて種々変更することができるも
のである。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係る磁気光学
素子は、コイルへの通電制御を行なうことにより、磁性
流体に磁界を印加して光のＯＮ、ＯＦＦ制御を行なうこ
とができるので、従来の電気光素子の代りに、各種光学
機器に適用することができる。また、従来の電気光素子
と比較して、通電制御に対するＯＮ、ＯＦＦ動作の応答
速度が極めて速く、しかも、ＯＮ、ＯＦＦ動作時のコン
トラスト比を大きく確保することができ、ディスプレイ
等に適用した場合に、中間階調等の適正な解像度を得る
ことが可能となる。さらに、各ヨークコアの間に磁気シ
ールドを配設するようにしているので、各ヨークコア同
士の磁界の干渉を確実に防止することができる。また、
構造が簡単でコンパクトであるとともに、主駆動材料で
ある磁性流体の材料コストが極めて安価となるので、製
造コストを著しく低減させることができる等の効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す一部の正面図

【図２】
本発明の他の実施例を示す一部の正面図

【図３】本発明
の他の実施例を示す一部の正面図

【符号の説明】

１　　基板２　　ヨークコア ３　　間隙部 ４　　巻線部 ５　　密封堰 ６　　磁性流体 ７　　カバーガラス ８　　コイル ９　　磁気シールド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　磁性流体の磁気光学効果を用いて光の
   透過、不透過の切換えを行なうための磁気光学素子にお
   いて、透光性を有する基板の一面側に、一部に磁界形成
   用の間隙部が形成されるとともにコイルが巻回された多
   数のヨークコアを固着し、前記基板の前記ヨークコアの
   間隙部分に対応する部分に、磁性流体を透光性部材によ
   り封入して磁性流体薄膜を形成し、前記各ヨークコアの
   間に磁気シールドを配設したことを特徴とする磁気光学
   素子。