JPH0588133A - 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】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、磁
性材料からなる長尺状のヨーク本体１を配設し、このヨ
ーク本体１の少なくとも一側に、外方に突出するととも
に先端部がこの突出部分に対してオフセットして前記ヨ
ーク本体１の側部に磁界形成用の間隙部３を介して近接
するヨーク２を形成し、このヨーク２の中途部にコイル
４を巻回し、前記ヨーク本体１と前記ヨーク２との前記
間隙部３に磁性流体６の薄膜を配設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、磁性材料からなる長尺状のヨーク本
体を配設し、このヨーク本体の少なくとも一側に、外方
に突出するとともに先端部がこの突出部分に対してオフ
セットして前記ヨーク本体の側部に磁界形成用の間隙部
を介して近接するヨークを形成し、このヨークの中途部
にコイルを巻回し、前記ヨーク本体と前記ヨークとの前
記間隙部に磁性流体薄膜を配設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、前記ヨーク本体とヨークとの間隙部
を前記ヨークの突出部に対してオフセットして配置する
ことにより、磁性流体を透過した光を適正にヨークの下
面側に出光させることができるので、光透過用の孔等が
不要となり、構造が簡単となり、容易に製造することが
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、磁性材料からなり長尺状に形成され
たヨーク本体１が設けられており、このヨーク本体１の
両側面には、このヨーク本体１の下方から側方に突出す
るとともにオフセットされて上方に延在して先端部が前
記ヨーク本体１の上縁部に近接するように折曲形成され
た多数のヨーク２，２…が一体に形成されている。前記
ヨーク本体１の側面と前記ヨーク２の先端部との間は、
間隙部３とされており、この間隙部３は、前記ヨーク本
体１の両側に千鳥状に配置されるようになっている。ま
た、前記ヨーク２の中途部には、コイル４が数１００タ
ーン程度巻回されており、このコイル４に通電すること
により、前記ヨーク本体１とヨーク２との間隙部３に磁
界を発生させることができるものである。

【００１３】また、本実施例においては、前記ヨーク本
体１およびヨーク２と別個にガラス等の透明な材料から
なる一対の基板５，５を設け、これら一対の基板５の間
には、磁性流体６が、例えば、厚さ寸法が５０μｍ以下
の寸法を有するように封入されている。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。

【００１４】そして、このように磁性流体６が封入され
た基板５を、前記ヨーク本体１およびヨーク２の上面に
配設し、これにより、磁気光学素子を形成するようにな
されている。

【００１５】次に、本実施例の作用について説明する。

【００１６】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２に対応するコイル４に通電するこ
とにより、ヨーク本体１とヨーク２との間隙部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４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４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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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４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。

【００２０】そして、前記基板５の上面および下面に、
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、前記各基板５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。

【００２１】この場合に、前記コイル４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。

【００２２】一方、前記コイル４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、

【００２３】

【００２４】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４の電流により
変化する。

【００２５】このように前記コイル４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４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。

【００２６】この場合に、本実施例においては、前記ヨ
ーク本体１とヨーク２との間隙部３をこのヨーク２のヨ
ーク本体１に対する連結部分に対してオフセットして配
置するようにしているので、前記基板５の上面側から入
光して磁性流体６を透過した光は、前記ヨーク２に照射
されることなくヨーク２の下面側に出光されるようにな
っている。

【００２７】したがって、本実施例においては、コイル
４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。

【００２８】また、本実施例においては、基板５の間に
磁性流体６を封入した磁性流体薄膜部分とヨーク本体１
およびヨーク２による磁界発生部分とを別個に構成し、
前記ヨーク本体１およびヨーク２の上面に磁性流体６が
封入された基板５を配設することにより磁気光学素子を
形成するようにしているので、磁性流体６が封入された
基板５の加工に適した熱処理等を独立して行なうことが
でき、磁性流体６の確実、かつ、最適な封入を行なうこ
とができる。しかも、ヨーク２コアの太さ等を前記磁性
流体６の構成に左右されず自由に設計することができる
ので、例えば、磁気回路の磁界の強さ等を適性に設定す
ることができる。さらに、磁性流体薄膜部分と磁界発生
部分とを別個に製造することにより、容易に製造するこ
とができ、製造効率を著しく高めることができる。

【００２９】また、前記ヨーク本体１とヨーク２との間
隙部３をオフセットして配置することにより、磁性流体
６を透過した光を適正にヨーク２の下面側に出光させる
ことができるので、光透過用の孔等が不要となり、構造
が簡単となり、製造が容易となる。

【００３０】さらに、本実施例においては、基板５上に
ヨーク本体１にヨーク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。また、本実施例においては、ヨーク
２の間隙部３をヨーク本体１の両側に配置して千鳥状に
配置しているので、１つの基板５上に対して多数のヨー
ク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。

【００３１】また、図２は本発明の他の実施例を示した
もので、ガラス等の透明な材料からなる長尺状の基板５
の表面には、長尺状のヨーク本体１が、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
れており、このヨーク本体１の側部には、ほぼＪ字状を
有し前記ヨーク本体１への接続部分に対してオフセット
して前記ヨーク本体１の側部に間隙部３を介して近接す
るヨーク２，２が、同様に薄膜形成技術等の手段により
形成されている。また、このヨーク２の中途部には、コ
イル４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４は、基板５の表面
にヨーク２の裏面側に対応する下コイル４ａを形成し、
この下コイル４ａの表面にヨーク２を形成した後、この
ヨーク２の表面に、上コイル４ｂをその端部が前記下コ
イル４ａ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４ａ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。

【００３２】また、前記基板５の前記ヨーク本体１とヨ
ーク２との間隙部３には、磁性流体６がカバーガラス７
により漏洩しないように、かつ、例えば、厚さ寸法が５
０μｍ以下の寸法を有するように封入されている。これ
により、基板５の表面の前記ヨーク本体１とヨーク２と
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。

【００３３】なお、前記ヨーク本体１およびヨーク２
は、間に磁性流体６が封入された一対の基板５の表面に
形成するようにしてもよいし、前記ヨーク２をヨーク本
体１の両側部に形成することにより、ヨーク本体１とヨ
ーク２との間隙部３を千鳥状に配設するようにしてもよ
い。

【００３４】本実施例においても前記実施例と同様に、
前記コイル４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４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、Ｏ
ＦＦ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。

【００３５】この場合に、本実施例においては、前記ヨ
ーク本体１とヨーク２との間隙部３をこのヨーク２のヨ
ーク本体１に対する連結部分に対してオフセットして配
置するようにしているので、前記基板５の上面側から入
光して磁性流体６を透過した光を適正にヨーク２の下面
側に出光させることができるものである。

【００３６】したがって、本実施例においても前記実施
例と同様に、コイル４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、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、しかも、ＯＮ、Ｏ
ＦＦ動作時の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。

【００３７】また、本実施例においても、ヨーク本体１
とヨーク２との間隙部３をオフセットして配置すること
により、磁性流体６を透過した光を適正にヨーク２の下
面側に出光させることができるので、光透過用の孔等が
不要となり、構造が簡単となり、容易に製造することが
できる。

【００３８】さらに、本実施例においては、基板５上に
ヨーク本体１にヨーク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。

【００３９】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２、コイル４等を１つの基板
５に一体に形成するとともに、ヨーク２およびコイル４
を薄膜形成技術により形成しているので、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。

【００４０】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。

【００４１】

【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。

【００４２】また、ヨーク本体とヨークとの間隙部を前
記ヨークの突出部に対してオフセットして配置すること
により、磁性流体を透過した光を適正にヨークの下面側
に出光させることができるので、光透過用の孔等が不要
となり、構造が簡単となり、容易に製造することがで
き、しかも、磁性流体の材料コストが極めて安価である
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】本発明に係る磁気光学素子の一実施例を示す斜
視図

【図２】本発明の他の実施例を示す斜視図

【符号の説明】

１ ヨーク本体 ２ ヨーク ３ 間隙部 ４ コイル ５ 基板 ６ 磁性流体

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、磁性材料からなる長尺状のヨーク本体を配設し、こ
   のヨーク本体の少なくとも一側に、外方に突出するとと
   もに先端部がこの突出部分に対してオフセットして前記
   ヨーク本体の側部に磁界形成用の間隙部を介して近接す
   るヨークを形成し、このヨークの中途部にコイルを巻回
   し、前記ヨーク本体と前記ヨークとの前記間隙部に磁性
   流体薄膜を配設したことを特徴とする磁気光学素子。