JPH04314024A - 磁気光学素子を用いた光シャッタ - 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を用いた光
シャッタに係り、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
を用いた光シャッタに関する。

【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、光の透過、不透過の切
換えを行なう光シャッタが多く用いられている。

【０００３】このような光シャッタにおいては、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を用
いた光シャッタにおいては、通電制御に対するＯＮ、Ｏ
ＦＦ動作の応答速度が極めて遅く、しかも、ＯＮ、ＯＦ
Ｆ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
子を用いた光シャッタ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を用いた光シャッタは、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を用いた光シャッタにおい
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
のヨークコアを配列して固着し、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、光学機器の光
路上に照射光を収束させる収束レンズを配設し、この収
束レンズの焦点位置に前記間隙部を配置するとともに、
この間隙部を前記収束レンズによる収束光が透過可能な
間隙寸法に形成し、この間隙部の出光側に前記収束光を
所望の大きさの平行光にするレンズ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、基板上にヨークコアを多数配
列してアレイ化された磁気光学素子をレーザプリンタの
ヘッドや液晶ディスプレイ等の各画素に対応する光路上
に配置して光シャッタとして動作させるとともに、前記
磁気光学素子の入光側および出光側に照射光を収束させ
る収束レンズおよび前記収束光を平行光にするレンズを
それぞれ配設し、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。さ
らに、前記磁気光学素子の入光側に収束レンズを配設し
、前記磁気光学素子を透過させる光を収束レンズにより
収束させて入射させるようにしているので、前記ヨーク
コアの間隙部の間隙を著しく小さく形成することができ
、その結果、前記コイルの巻回量を少なくしても、前記
間隙部に比較的大きな磁界を発生させることができ、磁
気発生効率を著しく高め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および図２を参
照して説明する。

【００１１】図１は本発明に係る光シャッタに用いられ
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
…が固着されており、これら各ヨークコア２の一部には
、例えば、１〜数μｍ程度の極めて小さな間隔を有する
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の下端辺部分は、前記
基板１の外側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
ている。これにより、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、図２は前記構成の磁気光学素子９を
光シャッタとして適用したレーザプリンタ等の光学機器
の一実施例を示したもので、例えば、レーザプリンタの
レーザ発振器等の発光装置１０の出光側には、この照射
光を前記磁気光学素子９の間隙部３の間隙以下の大きさ
に収束させる収束レンズ１１が配設されており、前記収
束レンズ１１の出光側には、前記磁気光学素子９の基板
１が前記収束レンズ１１の焦点位置にその間隙部３が位
置するように配置されている。また、前記間隙部３の出
光側には、前記磁気光学素子９の間隙部３を透過する光
を所定の大きさの平行光にするレンズ１２が配設されて
おり、このレンズ１２による平行光の寸法は、例えば、
前記レーザプリンタの１ドットの大きさが５０μｍ程度
であるとすると、前記ドット寸法に対応して同様に５０
μｍにするようになっている。

【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、この位相差から、以下に示すよう
に光の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。

【００２８】そして、図２に示すように、前記光学機器
を動作させ、前記発光装置１０から光を照射し、収束レ
ンズ１１を介して磁気光学素子９の間隙部３に光を照射
した状態で、所定の制御信号に基づいて、所望のヨーク
コア２のコイルに通電を行ない、これにより、前記通電
されたコイルのヨークコア２の間隙部３における前記磁
性流体６の薄膜に複屈折性が生じ、光の透過、不透過の
切換えが行なわれる。そして、前記コイルに通電された
コイルに対応する間隙部３に照射された光が磁性流体を
透過して前記レンズ１２に出光され、この光が前記レン
ズ１２により平行光にされて所定の光照射位置に照射さ
れ、例えば、この光による所望の光書込み等を行なうよ
うになっている。

【００２９】したがって、本実施例においては、アレイ
化された磁気光学素子９をレーザプリンタのヘッドや液
晶ディスプレイ等の各種光学機器の各画素に対応する光
路上に配置して光シャッタとして動作させ、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
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、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、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、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。

【００３０】また、本実施例においては、前記磁気光学
素子９の入光側に収束レンズ１１を配設し、前記磁気光
学素子９を透過させる光を収束レンズ１１により収束さ
せて入射させるようにしているので、前記ヨークコア２
の間隙部３の間隙を著しく小さく形成することができ、
その結果、前記コイルの巻回量を少なくしても、前記間
隙部３に比較的大きな磁界を発生させることができ、磁
気発生効率を著しく高めることができる。

【００３１】また、本実施例においては、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、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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】また、前記ヨークコア２をその巻線部４の
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。

【００３５】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。

【００３６】また、前記各ヨークコア２，２…およびこ
のヨークコア２の巻線部４に配設されるコイル８を薄膜
形成技術により形成するようにしてもよいし、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。

【００３７】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。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係る磁気光学
素子を用いた光シャッタは、アレイ化された磁気光学素
子をレーザプリンタのヘッドや液晶ディスプレイ等の各
画素に対応する光路上に配置して光シャッタとして動作
させ、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、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、従
来の電気光素子と比較して、通電制御に対するＯＮ、Ｏ
ＦＦ動作の応答速度が極めて速く、しかも、ＯＮ、ＯＦ
Ｆ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。また、前記磁気光学
素子を透過させる光を収束レンズにより収束させて入射
させるようにしているので、間隙部の間隙を著しく小さ
く形成することができ、その結果、前記コイルの巻回量
を少なくしても、前記間隙部に比較的大きな磁界を発生
させることができ、磁気発生効率を著しく高めることが
でき、さらに、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】　　本発明の光シャッタに適用される磁気光学
素子の一実施例を示す一部の正面図

【図２】　　図１の磁気光学素子を適用した光学機器の
実施例を示す概略構成図

【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　　磁気光学素子 １０　　発光装置 １１　　収束レンズ １２　　レンズ

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を用
   いた光シャッタにおいて、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配列して固着し、
   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、光学機器の光路上に照射光を収束させる収束レ
   ンズを配設し、この収束レンズの焦点位置に前記間隙部
   を配置するとともに、この間隙部を前記収束レンズによ
   る収束光が透過可能な間隙寸法に形成し、この間隙部の
   出光側に前記収束光を所望の大きさの平行光にするレン
   ズを配設したことを特徴とする磁気光学素子を用いた光
   シャッタ。