JPH05134223A - 磁気光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 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。 【構成】 透光性を有する複数の基板１を重ねて配設
し、これら各基板１に磁性材料からなる対向磁極２を配
設し、前記各基板１にコイル５が巻回された多数のヨー
ク３をその先端部が前記対向磁極２に対して間隙部４を
介して近接するように配列して固着するとともに、前記
各基板１に形成されたヨーク３と前記対向磁極２との間
隙部が交互に位置するように配置し、前記各基板１の前
記ヨーク３と対向磁極２との間部分に、磁性流体６を透
光性部材により封入して磁性流体薄膜を形成したことを
特徴とする。

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、透光性を有する複数の基板を重ねて
配設し、これら各基板に磁性材料からなる対向磁極を配
設し、前記各基板にコイルが巻回された多数のヨークを
その先端部が前記対向磁極に対して間隙部を介して近接
するように配列して固着するとともに、前記各基板に形
成されたヨークと前記対向磁極との間隙部が交互に位置
するように配置し、前記各基板の前記ヨークと対向磁極
との間部分に、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たことを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Ｏ
Ｎ、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。

【００１０】また、基板上にヨーク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り、しかも、複数の基板を重
ねて配置し、各基板に形成されたヨークと対向磁極との
間隙部を交互に位置させることにより、各基板における
各ヨークの間隔を大きく確保した状態で、光を透過させ
る各間隙部を高密度で形成することができるので、前記
各ヨークの形成スペースを大きく確保することができ、
磁気効率を著しく向上させることができる。さらに、ヨ
ークから発生する磁界を対向磁極に吸引させる開磁路構
成としているので、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ものである。

【００１１】

【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。

【００１２】図１および図２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
らなり長尺状に形成された一対の基板１，１を平行に配
置し、これら各基板１，１は、間に磁性材料からなる長
尺状の対向磁極２を介して一体に形成されている。

【００１３】また、前記一方の基板１の一面側には、多
数のヨーク３，３…が、互いに所定間隔を有するよう
に、かつ、先端部が前記対向磁極２の一側面に対して所
定間隙を有する間隙部４を介して近接するように、例え
ば、薄膜形成技術等の手段により５０μｍ以下の薄膜と
して形成されている。また、前記他方の基板１の一面側
には、同様に、多数のヨーク３，３…が互いに所定間隔
を有するように、かつ、内側端部が前記対向磁極２の他
側面に対して間隙部４を介して近接するように、薄膜と
して形成されており、これら各ヨーク３の間隙部４は、
前記一方の基板１に形成されたヨーク３の間隙部４に対
して千鳥状に位置するように配置されている。これら各
ヨーク３には、コイル５が薄膜形成技術により数１００
ターン程度に形成されている。すなわち、このコイル５
は、基板１の表面にヨーク３の裏面側に対応する下コイ
ル５ａを形成し、この下コイル５ａの表面にヨーク３を
形成した後、このヨーク３の表面に、上コイル５ｂをそ
の端部が前記下コイル５ａの端部に接続されるととも
に、その他端部が隣接する下コイル５ａの他端部に順次
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。

【００１４】また、前記各基板１の前記ヨーク３と対向
磁極２との間隙部４分には、磁性流体６がカバーガラス
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３と対向磁
極２との間に前記磁性流体６による薄膜が形成されるも
のである。前記磁性流体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。

【００１５】そして、前記コイル５に通電することによ
り、前記ヨーク３と対向磁極２との間隙部４分に磁界を
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、前記構成から
なる２枚の磁気光学素子を形成し、これら各磁気光学素
子を前記各基板１に形成された各ヨーク３と対向磁極２
との間隙部４が交互に位置するように上下に重ねて配置
するようになされている。すなわち、上層の基板１の隣
接するヨーク３と対向磁極２との間隙部４の間に、下層
の基板１の間隙部４が位置するようになされ、各基板１
に形成された間隙部４の密度が２倍に形成されるように
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
づいて所望の基板１のヨーク３に対応するコイル５に通
電することにより、前記ヨーク３と対向磁極２との間部
分に磁界が発生する。すなわち、前記コイル５への通電
により発生する磁界が前記対向磁極２に吸引される開磁
路が形成されることになり、これにより、前記ヨーク３
から対向磁極２方向への磁界が発生することになるもの
である。

【００１９】そして、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し、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５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５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。

【００２０】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。

【００２１】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６中の光路長（磁性流体
６に垂直に入射する場合は、磁性流体６の厚さ）、λは
波長である。

【００２２】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５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。

【００２３】そして、前記基板１の下面およびカバーガ
ラス７の上面に、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各間隙部４の磁性流体６
へ入射されることになる。

【００２４】この場合に、前記コイル５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。

【００２５】一方、前記コイル５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、

【００２６】

【００２７】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５の電流により
変化する。

【００２８】このように前記コイル５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５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。

【００２９】したがって、本実施例においては、コイル
５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、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、基板１上にヨ
ーク３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。しかも、本実施例においては、磁気光学素子を構成
する２つの基板１を重ねて配置し、各基板１に形成され
たヨーク３と対向磁極２との間隙部４を交互に位置させ
ることにより、各基板１における各ヨーク３の間隔を大
きく確保した状態で、光を透過させる各間隙部４を高密
度で形成することができるので、前記各ヨーク３の形成
スペースを大きく確保することができ、磁気効率を著し
く向上させることができる。

【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３、コイル５等を１つの基板
１に一体に形成するとともに、ヨーク３およびコイル５
を薄膜形成技術により形成し、さらに、ヨーク３から発
生する磁界を対向磁極２に吸引させる開磁路構成として
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、前記実施例においては、１つの対向
磁極２に対して２つの基板１を配設するようにしたが、
１つの対向磁極２の一側に１つの基板１を配置して間隙
部４を直線状に配置するようにしてもよいし、また、前
記基板１を３層以上に配設するようにしてもよい。さら
に、前記対向磁極２を基板の表面に形成するようにして
もよい。

【００３３】また、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。

【００３４】

【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。

【００３５】また、基板上にヨーク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、しかも、複数の基板を重ねて配
置し、各基板に形成されたヨークと対向磁極との間隙部
を交互に位置させることにより、各基板における各ヨー
クの間隔を大きく確保した状態で、光を透過させる各間
隙部を高密度で形成することができるので、前記各ヨー
クの形成スペースを大きく確保することができ、磁気効
率を著しく向上させることができ、しかも、ヨークから
発生する磁界を対向磁極に吸引させる開磁路構成として
おり、かつ、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、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等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気光学素子の一実施例を示す平
面図

【図２】図１の断面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 対向磁極 ３ ヨーク ４ 間隙部 ５ コイル ６ 磁性流体 ７ カバーガラス

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、透光性を有する複数の基板を重ねて配設し、これら
   各基板に磁性材料からなる対向磁極を配設し、前記各基
   板にコイルが巻回された多数のヨークをその先端部が前
   記対向磁極に対して間隙部を介して近接するように配列
   して固着するとともに、前記各基板に形成されたヨーク
   と前記対向磁極との間隙部が交互に位置するように配置
   し、前記各基板の前記ヨークと対向磁極との間部分に、
   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
   成したことを特徴とする磁気光学素子。