(57)【要約】【課題】画素形状や構造の変更、冷却機構の付加などの構成変更を行うこと無しに、局部的な温度上昇を最小限に抑え、高密度化並びに大容量化と、書き込み時エラー率の低減とを同時に実現できるようにする。【解決手段】ファラデー効果によって偏光方向の回転を与える画素が、多数、互いに離間した状態でＸ方向及びＹ方向に２次元的に配列され、画素に沿って配線したＸ側駆動ライン及びＹ側駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界を利用して各画素の磁化方向を個別に制御する方式の磁気光学式空間光変調器である。ここで、多数の画素の配列を、Ｘ方向についてはＭ区分、Ｙ方向についてはＮ区分して合計Ｍ×Ｎエリア（但し、Ｍ，Ｎ≧２）に区分し、各エリア１３毎に当該エリア内の画素１４の磁化方向の制御を行い、Ｘ方向及びＹ方向で同じ区分が連続しないように次のエリアを選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファラデー効果によって偏光方向の回転を与える画素が、多数、互いに離間した状態でＸ方向及びＹ方向に２次元的に配列され、画素に沿って配線したＸ側駆動ライン及びＹ側駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界を利用して各画素の磁化方向を個別に制御する方式の磁気光学式空間光変調器において、
多数の画素の配列を、Ｘ方向についてはＭ区分、Ｙ方向についてはＮ区分して合計Ｍ×Ｎエリア（但し、Ｍ，Ｎ≧２）に分割し、各エリア毎に当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行い、Ｘ方向及びＹ方向で同じ区分が連続しないように次のエリアを選択して当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行うようにしたことを特徴とする磁気光学式空間光変調器。
【請求項２】
各エリア毎に当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行うに際して、Ｘ側については区分内のＸ側駆動ラインを順次スキャンして選択的に駆動パルス電流を供給し、その間、Ｙ側駆動ラインに駆動電流を供給し続ける請求項１記載の磁気光学式空間光変調器。
【請求項３】
各エリア毎に当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行うに際して、Ｘ側については区分内のＸ側駆動ラインを順次スキャンして選択的に駆動パルス電流を供給し、その間、Ｙ側駆動ラインもＸ側とタイミングを合わせてスイッチングし駆動パルス電流を供給する請求項１記載の磁気光学式空間光変調器。
【請求項４】
各エリア毎に当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行うに際して、Ｘ側については区分内の全てのＸ側駆動ラインについて同時に選択的に駆動パルス電流を供給し、Ｙ側駆動ラインもＸ側とタイミングを合わせてスイッチングし駆動パルス電流を供給する請求項１記載の磁気光学式空間光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ側とＹ側の駆動電流によって発生する合成磁界を利用して各画素の磁化方向を個別に制御する方式の磁気光学式空間光変調器に関し、更に詳しく述べると、多数の画素の配列を、Ｘ方向についてはＭ区分、Ｙ方向についてはＮ区分して合計Ｍ×Ｎエリアに分割し、各エリア毎に当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行い、Ｘ方向及びＹ方向で同じ区分が連続しないように次のエリアを選択する方式により、温度上昇を最小限に抑え、書き込み時エラー率の大幅な低減を図ることができるようにした磁気光学式空間光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気光学式空間光変調器は、光の振幅、位相、偏光状態を、磁性膜のファラデー効果を利用して空間的に変調する磁気光学デバイスであり、磁性膜の磁化方向を独立に制御可能な多数の画素（ピクセル）をＸ方向及びＹ方向に２次元的に配列した構成になっている。このような２次元アレイ状の画素配列をもつ空間光変調器は、情報を高速で並列処理可能なことから、光学情報処理システム、光コンピューティング、プロジェクターＴＶ、動画ホログラム記録、光体積記録などを実現するキーデバイスとして、近年、鋭意研究開発が進められている。
【０００３】
この種の磁気光学式空間光変調器及びその駆動系の一例を図３に示す。磁気光学式空間光変調器１０は、主として磁性膜（磁気光学結晶）１２からなり、ファラデー効果により偏光方向を回転させる画素１４が、多数、互いに離間した状態でＸ方向（横方向）及びＹ方向（縦方向）に２次元的に配列され、画素１２に沿ってＸ側駆動ラインとＹ側駆動ラインが配線されている構造である。Ｘ側の所定の駆動ラインにはＸ側駆動部１６からＸ側駆動電流が供給され、Ｙ側の所定の駆動ラインにはＹ側駆動部１８からＹ側駆動電流が供給される。これらＸ側駆動部１６とＹ側駆動部１８の動作は、制御部２０によって制御される。そして、選択されたＸ側駆動ラインとＹ側駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する磁界が合成され、その合成磁界を利用することで各画素の磁化方向が個別に制御される。
【０００４】
図４は基本動作の説明図である。図面を簡略化するため２個の画素のみ描いている。第１の偏光子２２を透過して直線偏光となった入射光は、空間光変調器の各画素１４に入射する。入射光は、透明基板２４及び磁性膜１２を透過し、金属膜２８で反射され、再び磁性膜１２及び透明基板２４を透過して出射する。このとき、磁性膜１２のファラデー効果によって、各画素１４で反射する光の偏光方向は所定の角度だけ回転する。ここで、上段の画素に正方向の磁界（＋Ｈ）が印加されたとき＋θF （例えば＋４５度）のファラデー回転が生じるとすると、下段の画素に負方向の磁界（−Ｈ）が印加されたときには−θF （例えば−４５度）のファラデー回転が生じる。これらの反射光は第２の偏光子３０に達するが、その偏光透過面が＋４５度に設定されていると、＋４５度ファラデー回転した上段の光は透過（ＯＮ）するが、−４５度ファラデー回転した下段の光は遮断（ＯＦＦ）される。このようにして、各画素に印加される磁界の向きを制御することで、各画素による反射光のオン・オフを制御できる。
【０００５】
各画素の磁化方向を独立に制御するには、各画素に沿って配線したＸ側とＹ側の駆動ラインを選択して駆動電流を流し、それによって発生する合成磁界を利用している。更に、外部磁界発生機構（バイアス磁界）を併用する場合もある。具体的には、ターゲット画素は、Ｘ側駆動ラインを流れる駆動電流により発生する磁界Ｈx とＹ側駆動ラインを流れる駆動電流により発生する磁界Ｈy 、及び外部磁界発生機構により発生する磁界Ｈbiasを受けて、磁性膜の反転磁界Ｈc を超えると磁化反転する。即ち、Ｈx ＋Ｈy ＋Ｈbias＞Ｈc のとき磁化反転が起こる。他方、ターゲット画素以外では、Ｘ側駆動ラインあるいはＹ側駆動ラインのいずれか一方を流れる駆動パルス電流により発生する磁界のみが印加されても、Ｈx ＋Ｈbias＜Ｈc 又はＨy ＋Ｈbias＜Ｈc となるので、磁化反転は生じない。これを利用することで、ターゲット画素のみの磁化方向が制御される。
【０００６】
多数の画素が２次元的に配列された画素アレイにおいても、これを利用してＸ側駆動ラインとＹ側駆動ラインをスキャンすることにより順番に通電し、必要な画素のみを反転させることができる。現状では、各画素の磁化方向の制御を行うに際して、Ｘ側については区分内のＸ側駆動ラインを順次スキャンして選択的に駆動パルス電流を供給し、その間、選択したＹ側駆動ラインに駆動電流を流し続ける方式が一般的である。
【０００７】
周知のように、発生磁界は各駆動ラインに流れる駆動電流に比例する。必要な磁界を発生させるためには、それに応じた大きさの駆動電流を流さねばならず、各駆動ラインにはジュール熱が発生し、温度上昇が生じる。磁気光学式空間光変調器に用いられる磁性膜の反転磁界Ｈc は温度特性を持ち、一般にその勾配は負の値を示す。その場合には、温度上昇により反転磁界が小さくなる（Ｈc がＨc'（＜Ｈc ）になる）。そのため、温度上昇が甚だしいと、当初設定した磁界を印加したときターゲット画素の磁化反転は確実に起こるが、逆にＨx ＋Ｈbias＞Ｈc'又はＨy ＋Ｈbias＞Ｈc'となる状況が起こり、ターゲット画素以外の該ターゲット画素と同じ行又は列の画素に磁化反転が生じる恐れがある。
【０００８】
最近、開発が進められている磁気光学式空間光変調器は、高性能化（高密度化、大容量化）への追求から、駆動ラインは長く細線化し、電気抵抗が大きくなっている。それに伴って、駆動ラインへの通電による発熱が大きくなり、局部的に大きな温度上昇が生じている。各画素は、物理的に１個１個完全に独立した個別の素子ではなく、実際には、ＬＰＥ法等によって基板上の全面に磁性膜を育成し、その磁性膜を多数の画素に磁気的に区画した構造なので、駆動ラインへの通電による発熱は、その周辺画素にも伝わる。そして、それによって、ターゲット画素以外の画素において、温度上昇による不必要な磁化反転（ビットレートエラー）が生じ、書き込み時エラー率が増大する問題が生じる。
【特許文献１】特開２００６−１５４７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、画素形状や構造の変更、冷却機構の付加などの構成変更を行うこと無しに、局部的な温度上昇を最小限に抑え、高密度化並びに大容量化と、書き込み時エラー率の低減とを同時に実現できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ファラデー効果によって偏光方向の回転を与える画素が、多数、互いに離間した状態でＸ方向及びＹ方向に２次元的に配列され、画素に沿って配線したＸ側駆動ライン及びＹ側駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界を利用して各画素の磁化方向を個別に制御する方式の磁気光学式空間光変調器において、多数の画素の配列を、Ｘ方向についてはＭ区分、Ｙ方向についてはＮ区分して合計Ｍ×Ｎエリア（但し、Ｍ，Ｎ≧２）に分割し、各エリア毎に当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行い、Ｘ方向及びＹ方向で同じ区分が連続しないように次のエリアを選択して当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行うようにしたことを特徴とする磁気光学式空間光変調器である。
【００１１】
ここで各エリア毎に当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行うに際して、Ｘ側については区分内のＸ側駆動ラインを順次スキャンして選択的に駆動パルス電流を供給し、その間、Ｙ側駆動ラインに駆動電流を供給し続けるようにする。あるいは、Ｘ側については区分内のＸ側駆動ラインを順次スキャンして選択的に駆動パルス電流を供給し、その間、Ｙ側駆動ラインもＸ側とタイミングを合わせてスイッチングし駆動パルス電流を供給してもよい。その他、Ｘ側については区分内の全てのＸ側駆動ラインについて同時に選択的に駆動パルス電流を供給し、Ｙ側駆動ラインもＸ側とタイミングを合わせてスイッチングし駆動パルス電流を供給することもできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の磁気光学式空間光変調器は、多数の画素の配列を、Ｘ方向についてはＭ区分、Ｙ方向についてはＮ区分して合計Ｍ×Ｎエリアに分割し、各エリア毎に当該エリア内の画素の磁化方向の制御を行い、Ｘ方向及びＹ方向で同じ区分が連続しないように次のエリアを選択するので、画素形状や構造の変更、冷却機構の付加などの構成変更を行うこと無しに、局部的な温度上昇を最小限に抑え、それによって高密度化並びに大容量化を実現しつつ、書き込み時エラー率の大幅な低減を図ることができる。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明に係る磁気光学式空間光変調器の一実施例を示す説明図であり、画素形成領域を平面的に見た状態を示している。磁気光学式空間光変調器１０は、磁性膜（例えば、磁性ガーネット単結晶膜）中に、それぞれ独立に磁化方向を設定でき、ファラデー効果により入射光に対して磁化方向に応じた偏光方向の回転を与える多数の微小な画素が、互いに離間した状態でＸ方向（横方向）及びＹ方向（縦方向）に２次元的に配列されており、画素に沿って配線したＸ側駆動ラインとＹ側駆動ラインを流れる駆動電流によって発生する合成磁界を利用して各画素の磁化方向を個別に制御する構造である。
【００１４】
磁性膜は、例えばＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜であり、ＧＧＧ基板上に液相エピタキシャル成長によって３μｍ程度の膜厚で成膜したものである。以下、製造工程の一例について簡単に説明する。
（１）育成した磁性膜の全面に、スパッタ法や蒸着法などによりＡｌ膜を形成する。その後、画素形成領域のみにレジスト層を形成する。画素寸法は、例えば、縦横１６μｍの正方形であり、画素間隔は２μｍに設定する。試作品の画素数は、１２８×１２８とした。
（２）次にレジスト層をマスクとして、イオンミリングにより画素同士の間隙領域のＡｌ膜を除去し、更にイオンミリングを進めて溝を形成する。従って、溝は、画素領域を除いて縦横に格子状に形成される。溝の深さは３μｍとする。その後、９００℃でアニーリング処理を施す。画素に対応する領域には、Ａｌ膜が残り、それが光反射膜となる。光反射膜は、Ａｌの他、ＡｇやＣｒなどの金属膜で作製してもよい。
（３）ＳｉＯ2 絶縁膜を形成後、画素の外縁に沿って横方向に、スパッタ法、蒸着法、あるいはメッキ法などによりＣｕ膜を形成し、Ｘ側駆動ラインを配線する。駆動ラインは、Ｃｕの他、ＡｕやＡｌなどで作製してもよい。
（４）更に、同様に、ＳｉＯ2 絶縁膜を形成後、画素の外縁に沿って縦方向に、スパッタ法、蒸着法、あるいはメッキ法などによりＣｕ膜を形成し、Ｙ側駆動ラインを配線する。この駆動ラインも、Ｃｕの他、ＡｕやＡｌなどで作製してもよい。
【００１５】
このような磁気光学式空間光変調器では、図４で説明したものと同様、入射光は、ＧＧＧ基板及び磁性膜を透過し、ミラー機能を果たすＡｌ膜で全反射し、再び磁性膜及びＧＧＧ基板を透過して出射する。入射光が、画素に相当する磁性膜の部分を往復する際、そのファラデー効果によって偏光方向の回転が与えられる。
【００１６】
本発明では、図１のＡに示すように、多数の画素の配列（Ｘ側（ｍ×Ｍ）行、Ｙ側（ｎ×Ｎ）列）を、Ｘ方向についてはＭ区分、Ｙ方向についてはＮ区分して合計Ｍ×Ｎエリアに細分化する。そのとき各エリア１３は、図１のＢに示すように、それぞれｍ×ｎ個の画素配列となる。例えば、画素配列が全体で１２８×１２８の場合、Ｍ＝Ｎ＝８に設定すると、合計６４エリアに細分化され、各エリアは１６×１６の画素１４の配列（ｍ＝ｎ＝１６）となる。本発明では、このように全体を複数のエリア１３に細分化し、各エリア毎に当該エリア内の画素１４の磁化方向の制御を行う。そして、そのエリア内の画素の磁化方向の制御を行った後、画素の磁化方向の制御を行う次のエリアは、直前のエリアとはＸ方向及びＹ方向で同じ区分が連続しないエリアの中から選択する。
【００１７】
画素の磁化方向の制御を行った直前のエリアとＸ方向及びＹ方向で同じ区分が連続しなければ、どのような順序でエリアを選択してもよく、全くランダムであってもよい。例えば、まずエリアａが選択され、それに含まれる画素について情報の書き換えを行ったとすると、次にはエリアａを含む縦及び横の行列のエリアではなく、それ以外の例えばエリアｂを選択し、それに含まれる画素について情報の書き換えを行う。その次にはエリアｂを含む縦及び横の行列のエリアではなく、それ以外の例えばエリアｃを選択し、それに含まれる画素について情報の書き換えを行う。このような観点で順次エリアを選択して、各エリア毎に情報の書き換えを行うのである。
【００１８】
Ｘ側駆動ライン及びＹ側駆動ラインの例を図１のＣに示す。ここでは、Ｘ側駆動ライン（横方向）３２とＹ側駆動ライン（縦方向）３４は、それぞれＸ方向に配列されている画素及びＹ方向に配列されている画素の周縁上を真っ直ぐに延び、Ｘ側とＹ側の駆動ラインによって各画素１４をその中心を除いて「井」の字状に囲むように配線され、且つＸ側駆動ライン３２とＹ側駆動ライン３４から発生する磁界の方向が画素中心で一致するようになっている。このようにすることで、Ｘ側駆動ライン３２及びＹ側駆動ライン３４が、各画素１４を「井」の字に囲むように画素１４の上に形成される。Ｘ側駆動ライン及びＹ側駆動ラインを流れる電流の向きは、各駆動ラインを流れる電流によって発生する磁界の向きがターゲット画素に同じ向きに印加される。なお、外部磁界発生機構（バイアス磁界）を併用する場合もある。Ｘ側駆動ライン（１つのループ）の通電のみでは、発生する磁界は磁性膜の保磁力Ｈc を超えることはできず、Ｘ側駆動ライン（１つのループ）とＹ側駆動ライン（１つのループ）への同時通電によってはじめて発生磁界が磁性膜の保磁力Ｈc を超えるように各駆動電流値を設定する。
【００１９】
図２は、それぞれＸ側駆動ライン及びＹ側駆動ラインへ駆動電流を供給するタイミング（電流波形）の例を示している。いずれの例でも、選択されているエリア内のｎ本のＹ側駆動ラインのうちの任意の１本（これをＹj とする）に駆動電流を供給し、当該エリア内の各Ｘ側駆動ライン（これをＸ1 、Ｘ2 、…、Ｘn とする）に駆動パルス電流を供給する様子を示している。
【００２０】
図２のＡは、選択したエリアのＹj 駆動ラインに連続的に駆動電流を供給し、その間、Ｘ1 、Ｘ2 、…、Ｘn の各Ｘ側駆動ラインを順次スキャンする方式である。実際にはＸ側は、情報を書き換える必要がある画素に対応するＸ側駆動ラインにのみ駆動パルス電流を供給する。この操作を、そのエリアのＹ側駆動ラインの全てについて順次行い、次いで同様の操作を全てのエリアについて行う。磁気光学式空間光変調器では、通電時間がある程度長くなるまでは温度上昇は少なく、通電時間がそれ以上長くなると急激な温度上昇が生じ、その後、温度が高いまま維持される傾向がある。この実施例では、Ｙ側には連続的に通電しているが、１つのエリア内のＸ側駆動ラインの本数が少ないため、Ｙ側駆動ラインの連続的な通電時間は短く、温度上昇は抑えられる。しかも、この方式は、Ｙ側駆動ラインの動作が簡素化される利点もある。
【００２１】
図２のＢは、選択したエリアについて、Ｘ1 、Ｘ2 、…、Ｘn の各Ｘ側駆動ラインを順次スキャンし、その間、そのスキャンタイミングに合わせてＹj 駆動ラインへの通電をスイッチングする方式である。実際にはＸ側は、情報を書き換える必要がある画素に対応する駆動ラインにのみ駆動パルス電流を流す。この操作を、そのエリアのＹ側駆動ラインの全てについて順次行い、次いで同様の操作を全てのエリアについて行う。例えばＸ側駆動ラインのスキャンデューティが５０％であれば、Ｙ側駆動系の電力量も半減でき、全体の発熱量を低減できることから、温度上昇は大幅に抑えられる。
【００２２】
図２のＣは、選択したエリアについて、Ｘ1 、Ｘ2 、…、Ｘn の各Ｘ側駆動ラインに同時に駆動パルス電流を供給し、そのタイミングに合わせてＹj 駆動ラインへ駆動パルス電流を供給する方式である。実際にはＸ側は、情報を書き換える必要がある画素に対応する駆動ラインにのみ駆動パルス電流を供給する。この操作を、そのエリアのＹ側駆動ラインの全てについて順次行い、次いで同様の操作を全てのエリアについて行う。この方式は、情報の書き換え時間を大幅に短縮できる利点がある。
【００２３】
本発明では、細分化されたエリア毎に情報の書き換えを行うため、特定の駆動ラインへ連続して通電する時間が低減する。また、任意のエリアから次のエリアへ移るときは、直前のエリアとはＸ方向及びＹ方向で同じ区分とならないようにエリアを選択するため、温度上昇した領域が冷却するのに十分な時間間隔をとることができ、局部的な温度上昇を最小限に抑えることができ、それによって高密度化並びに大容量化を実現しつつ、書き込み時エラー率の大幅な低減を図ることができる。
【００２４】
なお、本発明において、各エリアの大きさの決め方は、駆動系を制御するプロセッサの処理能力などによる。プロセッサの能力に見合った大きさのときが最も効率がよく処理速度も速くなる。画素の総数などにもよるが、具体的には、８，１６，３２，６４程度とするのがよい。上記の実施例では、Ｘ側駆動ラインとＹ側駆動ラインは、各画素１４をその中心を除いて「井」の字状に囲むように配線されているが、必ずしもそのようなパターンのみに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る磁気光学式空間光変調器の一実施例を示す説明図。
【図２】そのＸ側及びＹ側に供給する駆動パルス電流の説明図。
【図３】磁気光学式空間光変調器とその駆動系の一例を示す説明図。
【図４】その基本動作の説明図。
【符号の説明】
【００２６】
１０  磁気光学式空間光変調器
１４  画素
３２  Ｘ側駆動ライン
３４  Ｙ側駆動ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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