(57)【要約】【課題】可視光に対して回折が生じることなく、光の利用効率が高く、且つ大きなファラデー回転角を持つ光学素子、及びそれを用いた、光の透過時と遮断時の光量比（Ｓ／Ｎ）が大きな可視光専用の光スイッチを提供する。【解決手段】可視光波長以下の間隔で周期的に配列された複数の直線状磁性体からなり、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層とから構成されることを特徴とする光学素子。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光波長以下の間隔で周期的に配列された複数の直線状磁性体からなり、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層とから構成されることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
可視光波長以下の間隔で周期的に配列された複数の直線状磁性体からなり、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層と、偏光変換層とから構成されることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
可視光波長以下の間隔で周期的に配列された複数の直線状磁性体からなり、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層と、偏光子層とから構成されることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
さらに偏光子層を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
該磁界発生層を、該磁性層に接して又は近接して設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
該磁性層及び該磁界発生層を支持体上に設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
該磁性層は、該支持体の表面に形成された周期溝構造中に該直線状磁性体を配置してなるものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項８】
該支持体の表面の断面形状が、該直線状磁性体が形成されている所以外ではかまぼこ形状となっており、隣合うかまぼこ形状部間に該周期溝構造の溝部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
該支持体の表面の断面形状が、該直線状磁性体が形成されている所以外では平坦形状となっており、その表面に所定の間隔で断面矩形の溝部が形成され、該溝部の両側壁に沿って直線状磁性体が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項１０】
該支持体の表面の断面形状が、該直線状磁性体が形成されている所以外では半円形状となっており、隣合う半円形状部間に該周期溝構造の溝部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項１１】
隣合う直線状磁性体の間に磁性膜が存在しないことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１２】
隣合う直線状磁性体の間に磁性膜が存在することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１３】
該磁性層が誘電体多層膜で挟まれていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１４】
該直線状磁性体は、透明磁性材料からなることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１５】
該透明磁性材料は、無機磁性材料であることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子。
【請求項１６】
該無機磁性材料が下記一般式で表される希土類鉄ガーネットであることを特徴とする請求項１５に記載の光学素子。
Ｒ３−ｘＡｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２
（式中、０．２＜ｘ＜３、０≦ｙ＜５であり、
Ｒは希土類金属で、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも一種以上であり、
ＡはＢｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｃａ及びＰｔのうちの少なくとも一種以上であり、
ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｔｉの少なくとも一種以上である）
【請求項１７】
該透明磁性材料は、分子磁性材料又は有機磁性材料であることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子。
【請求項１８】
該直線状磁性体は、複数の誘電体膜と複数の磁性体膜からなる透明複合膜であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の光学素子。
【請求項１９】
該透明複合膜は、誘電体膜をＧ、磁性体膜をＭとしたとき、｛（ＧＭ）ｎ（ＭＧ）ｎ｝ｍなる層構成であることを特徴とする請求項１８に記載の光学素子。
【請求項２０】
該直線状磁性体の設置周期が１０〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２１】
該直線状磁性体の厚みが５〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２２】
該磁界発生層が、マイクロ磁気ヘッドアレイからなることを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２３】
該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドが１次元的に配列されていることを特徴とする請求項２２に記載の光学素子。
【請求項２４】
該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドが２次元的に配列されていることを特徴とする請求項２２に記載の光学素子。
【請求項２５】
各マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドが千鳥状に設けられていることを特徴とする請求項２４に記載の光学素子。
【請求項２６】
該マイクロ磁気ヘッドアレイが光に対して透明な層からなることを特徴とする請求項２２〜２５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２７】
該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する電気配線がすべて光に透明な層からなることを特徴とする請求項２２〜２６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２８】
該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する給電を選択的に行うことができることを特徴とする請求項２２〜２７のいずれかに記載の光学素子。
【請求項２９】
すべてのマイクロ磁気ヘッドアレイを直列に接続したことを特徴とする請求項２２〜２８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３０】
該マイクロ磁気ヘッドアレイの配列をＸ方向とＹ方向の別々の配線としたことを特徴とする請求項２２〜２８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３１】
該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドがコイル状であることを特徴とする請求項２２〜２８のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３２】
該支持体が透明支持体であることを特徴とする請求項６〜３１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３３】
該支持体が不透明支持体であることを特徴とする請求項６〜３１のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３４】
光透過型であることを特徴とする請求項１〜３２のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３５】
光反射型であることを特徴とする請求項１〜３２のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３６】
該支持体がプラスチックフィルムからなることを特徴とする請求項６〜３５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３７】
該磁性層が設けられている側の最表面に保護層を設けたことを特徴とする請求項１〜３６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項３８】
請求項１〜３７のいずれかに記載の光学素子を用いたことを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可視光領域に対する光学素子及びそれを用いた光スイッチに関し、さらに詳しくは磁気ヘッドによってファラデー効果を有する層を磁化し、その磁化状態によって光を透過させたり、遮断したりする光学素子及びそれを用いた光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、先に特開平１０−２１３７８５号公報（特許文献１）において、基本的構成として、透明支持体上に偏光子層を介してファラデー効果を有する層を配置した記録媒体と、マイクロ磁気ヘッドアレイとから構成される表示素子を提案した。上記表示素子におけるファラデー効果を有する層は、細線状の複数の強磁性薄膜から構成され、各強磁性薄膜はその膜間隔を０．３μｍから１．５μｍとして周期的に等間隔に且つ垂直に配列されている。これらの強磁性薄膜の厚みは５ｎｍから１００ｎｍとしてある。そして、上記記録媒体の強磁性薄膜は近接配置された磁気ヘッドアレイにて磁化され、磁化部位と非磁化部位の光透過率差異を利用して表示を行うものである。
【０００３】
ところが、上記のような複数の強磁性薄膜を垂直に且つ周期的に配列した、ファラデー硬化を有する層を配置した表示素子において、例えば可視光（波長が４００ｎｍから８００ｎｍ）が透過すると、強磁性薄膜の膜間隔が可視光波長以上（４００ｎｍ以上）であると光は回折してしまう。その場合、回折光を光学系を用いて平行光に戻す方法はあるが、そうすると光の損失は大きく、装置も大がかりになる。すなわち特開平１０−２１３７８５号公報で提案した表示素子では、そこで特定している膜間隔のうち３００ｎｍ以上４００ｎｍ未満では可視光の回折は生じないが、その他の範囲においては、光の回折が生じてしまい、この点においてさらに改善の余地があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２１３７８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、可視光に対して回折が生じることなく、光の利用効率が高く、且つ大きなファラデー回転角を持つ光学素子、及びそれを用いた、光の透過時と遮断時の光量比（Ｓ／Ｎ）が大きな可視光専用の光スイッチを提供することをその課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記課題は下記の技術的手段により解決される。
（１）可視光波長以下の間隔で周期的に配列された複数の直線状磁性体からなり、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層とから構成されることを特徴とする光学素子。
（２）可視光波長以下の間隔で周期的に配列された複数の直線状磁性体からなり、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層と、偏光変換層とから構成されることを特徴とする光学素子。
（３）可視光波長以下の間隔で周期的に配列された複数の直線状磁性体からなり、ファラデー効果を有する磁性層と、該磁性層に隣接して該磁性層に磁界を印加する磁界発生層と、偏光子層とから構成されることを特徴とする光学素子。
（４）さらに偏光子層を設けたことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の光学素子。
（５）該磁界発生層を、該磁性層に接して又は近接して設けたことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学素子。
（６）該磁性層及び該磁界発生層を支持体上に設けたことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の光学素子。
（７）該磁性層は、該支持体の表面に形成された周期溝構造中に該直線状磁性体を配置してなるものであることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の光学素子。
（８）該支持体の表面の断面形状が、該直線状磁性体が形成されている所以外ではかまぼこ形状となっており、隣合うかまぼこ形状部間に該周期溝構造の溝部が形成されていることを特徴とする前記（７）に記載の光学素子。
（９）該支持体の表面の断面形状が、該直線状磁性体が形成されている所以外では平坦形状となっており、その表面に所定の間隔で断面矩形の溝部が形成され、該溝部の両側壁に沿って直線状磁性体が設けられていることを特徴とする前記（７）に記載の光学素子。
（１０）該支持体の表面の断面形状が、該直線状磁性体が形成されている所以外では半円形状となっており、隣合う半円形状部間に該周期溝構造の溝部が形成されていることを特徴とする前記（７）に記載の光学素子。
（１１）隣合う直線状磁性体の間に磁性膜が存在しないことを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の光学素子。
（１２）隣合う直線状磁性体の間に磁性膜が存在することを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の光学素子。
（１３）該磁性層が誘電体多層膜で挟まれていることを特徴とする前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の光学素子。
（１４）該直線状磁性体は、透明磁性材料からなることを特徴とする前記（１）〜（１３）のいずれかに記載の光学素子。
（１５）該透明磁性材料は、無機磁性材料であることを特徴とする前記（１４）に記載の光学素子。
（１６）該無機磁性材料が下記一般式で表される希土類鉄ガーネットであることを特徴とする前記（１５）に記載の光学素子。
Ｒ３−ｘＡｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２
（式中、０．２＜ｘ＜３、０≦ｙ＜５であり、
Ｒは希土類金属で、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも一種以上であり、
ＡはＢｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｃａ及びＰｔのうちの少なくとも一種以上であり、
ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｔｉの少なくとも一種以上である）
（１７）該透明磁性材料は、分子磁性材料又は有機磁性材料であることを特徴とする前記（１４）に記載の光学素子。
（１８）該直線状磁性体は、複数の誘電体膜と複数の磁性体膜からなる透明複合膜であることを特徴とする前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の光学素子。
（１９）該透明複合膜は、誘電体膜をＧ、磁性体膜をＭとしたとき、｛（ＧＭ）ｎ（ＭＧ）ｎ｝ｍなる層構成であることを特徴とする前記（１８）に記載の光学素子。
（２０）該直線状磁性体の設置周期が１０〜４００ｎｍであることを特徴とする前記（１）〜（１９）のいずれかに記載の光学素子。
（２１）該直線状磁性体の厚みが５〜４００ｎｍであることを特徴とする前記（１）〜（２０）のいずれかに記載の光学素子。
（２２）該磁界発生層が、マイクロ磁気ヘッドアレイからなることを特徴とする前記（１）〜（２１）のいずれかに記載の光学素子。
（２３）該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドが１次元的に配列されていることを特徴とする前記（２２）に記載の光学素子。
（２４）該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドが２次元的に配列されていることを特徴とする前記（２２）に記載の光学素子。
（２５）各マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドが千鳥状に設けられていることを特徴とする前記（２４）に記載の光学素子。
（２６）該マイクロ磁気ヘッドアレイが光に対して透明な層からなることを特徴とする前記（２２）〜（２５）のいずれかに記載の光学素子。
（２７）該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する電気配線がすべて光に透明な層からなることを特徴とする前記（２２）〜（２６）のいずれかに記載の光学素子。
（２８）該マイクロ磁気ヘッドアレイに対する給電を選択的に行うことができることを特徴とする前記（２２）〜（２７）のいずれかに記載の光学素子。
（２９）すべてのマイクロ磁気ヘッドアレイを直列に接続したことを特徴とする前記（２２）〜（２８）のいずれかに記載の光学素子。
（３０）該マイクロ磁気ヘッドアレイの配列をＸ方向とＹ方向の別々の配線としたことを特徴とする前記（２２）〜（２８）のいずれかに記載の光学素子。
（３１）該マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッドがコイル状であることを特徴とする前記（２２）〜（２８）のいずれかに記載の光学素子。
（３２）該支持体が透明支持体であることを特徴とする前記（６）〜（３１）のいずれかに記載の光学素子。
（３３）該支持体が不透明支持体であることを特徴とする前記（６）〜（３１）のいずれかに記載の光学素子。
（３４）光透過型であることを特徴とする前記（１）〜（３２）のいずれかに記載の光学素子。
（３５）光反射型であることを特徴とする前記（１）〜（３２）のいずれかに記載の光学素子。
（３６）該支持体がプラスチックフィルムからなることを特徴とする前記（６）〜（３５）のいずれかに記載の光学素子。
（３７）該磁性層が設けられている側の最表面に保護層を設けたことを特徴とする前記（１）〜（３６）のいずれかに記載の光学素子。
（３８）前記（１）〜（３７）のいずれかに記載の光学素子を用いたことを特徴とする光スイッチ。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光学素子の一構成例を図１に模式的に示す。この光学素子は、支持体１上に磁界発生層２及びファラデー効果を有する磁性層３を設けて構成される。磁性層３は磁界発生層２からの磁界の印加によりファラデー効果を発現させるが、本光学素子は可視光を対象とするため、磁性層３は可視光波長以下の間隔で周期的に配列された複数の直線状磁性体を有する。ここで「直線状」とは、一定の細幅で一定の厚みをもって直線的に延びる形態のことをいう。
【０００８】
本発明の光学素子の最も特徴とするところは磁性層３にあり、その磁性層３の典型的な構成を図２（ａ）、（ｂ）に断面図及び平面図でそれぞれ模式的に示す。図２では説明の簡素化のため便宜的に磁界発生層２は図示を省略してある。図示のように、磁性層３においては複数の直線状磁性体３Ａが周期的に配列しており、その周期は可視光波長以下である。このような構成の磁性層３は、磁界発生層２が印加する磁界により磁化され、通過する可視光の偏光面を回転させる。そして、その際、可視光に対して回折が生じないために、光の利用効率が高く、且つ大きなファラデー回転角が得られるので、例えば光の透過時と遮断時の光量比（Ｓ／Ｎ）が大きな可視光専用の光スイッチ等の光学素子となる。
【０００９】
本発明の磁性層３における直線状磁性体３Ａの形態は、図２に示すような薄膜であってもよいし、薄膜でなくてもよい。また、直線状磁性体３Ａの配列の形態は、周期的構造が同一であればよく、図２のような配列形態に限定されず、種々の形態とすることができる。また、直線状磁性体３Ａ間には磁性膜がなくてもよいし、あってもよい。いずれの場合にも、本発明の所期の効果を得ることができる。直線状磁性体３Ａ間の間隙は、そのままでもよいし、透明非磁性材料を充填してもよい。
【００１０】
ここで図２以外の直線状磁性体３Ａの配列形態を２つ例示する。
図３の例は、支持体１表面がかまぼこ形状の断面となっており、その表面全体に磁性膜が均一に覆っている。そしてかまぼこ形状と隣接したかまぼこ形状との間の部分の磁性膜が直線状磁性体３Ａとなっており、この直線状磁性体３Ａが一定の周期で平行配置されている。また、直線状磁性体３Ａ間には磁性膜３Ｂが設けられている。この場合、直線状磁性体３Ａによる大きなファラデー効果と直線状磁性体３Ａ間の磁性膜３Ｂによる小さなファラデー効果が足し合わされて、より大きなファラデー回転角を得ることができる。
なお、図３では支持体１表面をかまぼこ形状の断面としたが、半円形状の断面としてもよい。もちろん、それ以外の適宜の形状の断面とすることができる。
【００１１】
図４の例は、支持体１表面が矩形状断面形状となっており、その表面全体に磁性膜が均一に覆っている。そして凹部壁に沿った部分の磁性膜が直線状磁性体３Ａとなっており、この直線状磁性体３Ａが一定の周期で平行配置されている。また、直線状磁性体３Ａの間には水平方向の磁性膜３Ｂ、３Ｂ’が設けられている。この場合、直線状磁性体３Ａによる大きなファラデー効果と直線状磁性体３Ａ間の磁性膜３Ｂ、３Ｂ’による小さなファラデー効果が足し合わされて、より大きなファラデー回転角を得ることができる。ちなみに直線状磁性体３Ａと、水平方向磁性膜３Ｂ、３Ｂ’との間のファラデー効果の大きさは、前者の方が１０倍以上大きい。
また、図４の場合において、上下の水平面磁性膜３Ｂと３Ｂ’をイオンビームエッチングすると、縦に直立した磁性膜のみが残り、直線状磁性体３のみの磁性層（２）となる。
【００１２】
支持体１としては、本光学素子の使用目的に応じて適宜の特性のものが選択できるが、典型的には、透明支持体材料が使用され、着色透明支持体材料も使用できる。また、ケースによっては、不透明支持体材料の使用も可能である。
【００１３】
本発明の光学素子は、多くの用途に使用することができるが、特に可視光の偏光を扱う光学素子として有用であり、光スイッチの他、例えばレーザーの戻り光を除去するアイソレーター、サーキュレーター、表示素子、光路を偏向する偏向素子、光強度を変調する光変調器、光センサー、調光ガラスなどとして利用できる。ちなみに、本発明の光学素子構成とすると、数十度という巨大なファラデー回転角が得られるので、例えば従来はレーザーの戻り光を除去するアイソレーターには、大きな（厚さ数センチメートル程度の）ガーネット単結晶が必要であったが、本発明の光学素子では厚み１ｍｍ以下の構造物で代替できる。
【００１４】
次に、本発明による光学素子の典型的な層構成のいくつかの例を述べる。
本発明による光学素子の基本的な層構成例は図１に示したように、支持体上に磁界発生層及び磁性層を設けたものである。磁界発生層と磁性層はその位置関係が逆になってもよく、磁性層の両面にそれぞれ磁界発生層を設けてもよい。また、支持体としては、偏光子層や偏光変換層等の他の素子層を設けた場合には、それらの素子を利用して代替させることも可能である。
図５の構成例は、図１の構成において、磁界発生層２及び磁性層３の上に偏光変換層４を設けたものである。「偏光変換層」とは、円偏光をＳ及びＰ偏光に分離した後、一方を変換してＳ又はＰ偏光のみにして利用できるようにする機能を有した層のことをいう。この場合において、磁界発生層２と磁性層３の位置関係は上記と同様にすることができる。また、図５の構成において、偏光変換層４の代わりに偏光子層を設けてもよい。さらに、図５の構成において、支持体１の磁性層３とは反対側の面に反射層を設けるか、あるいは支持体１として不透明材料を用いて反射型の光学素子としてもよい。
図６の構成例は、図５の構成において、支持体１の磁性層３とは反対の面に偏光子層５を設けたものである。図５の構成において、偏光変換層４と偏光子層５の位置関係を逆にした構成としてもよい。
【００１５】
本発明の光学素子において、偏光変換層を設けると、１種のＳ偏光又はＰ偏光に変換された直線偏光を磁性層に入射させることができるので、非常に光を有効利用でき、かつより一層大きく偏光面を回転できる。
また、本発明の光学素子において、偏光子層を設けると、可視光の光スイッチとしての利用が可能となる。例えば、磁性層の両側に偏光軸を回転させて偏光子を配置すると、磁性層の磁化状態に対応して、光をスイッチングできる。＋方向に電流を流して磁化したときに光を透過させるか、−方向に電流を流して磁化したときに光を透過させるかは、偏光軸の回転のさせ方により自在に選択できる。偏光軸の回転角は必ずしも９０度とは限らず、ファラデー効果を有する磁性層の回転角能力によって選択すればよい。磁性層における磁性体の電子スピンの方向変換は、数ナノ秒と速いので高速度の光スイッチを得ることができる。上記した偏光変換層と組み合わせても、同様な光スイッチができる。偏光子同士の組み合わせでは、最大でも５０％の透過率であるが、偏光変換層を用いれば１００％に近い透過率が得られることになる。
【００１６】
本発明の光学素子は、耐久性向上等を目的として、その最表面に保護層を設けてもよい。保護層は本光学素子の利用目的に応じて透明なものでも不透明なものでも選択できるが、透過型素子とする場合には、透明であることが好ましい。
【００１７】
次に、本発明の光学素子を構成する各要素についてさらに詳述する。
先ず、支持体について述べる。
本発明の光学素子における支持体としては、前述したように透明支持体あるいは不透明支持体のいずれも使用することができる。透明支持体としては、シリコンウェハやガラス、セラミックス、石英などの他、次のようなプラスチックフィルムを用いることができる。
ＭＭＡ、ＰＭＭＡ、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリイミド、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ナイロン樹脂
また、ポリイミドフィルムのように透明性は劣るが耐熱性が高いようなプラスチックフィルムも利用できる。
もちろん、本発明において用いることのできる透明支持体材料はこれらに限定されるものではなく、他にも例えば透明ガラス紙（例えば特許第２５３８５２７号掲載公報、特開平１１−２４７０９３号公報参照）を用いることができる。透明ガラス紙の作製に用いられるオルガノポリシロキ酸は、アルコール可溶性で加水分解可能な有機金属化合物であり、Ｒ３ＳｉＯ（Ｒ２ＳｉＯ）ｎＳｉＲ３、（Ｒ２ＳｉＯ）ｎなどによって示される化合物の内、特に分子量の高いものをいう。
また、不透明支持体としては、金属、セラミックス、ガラス、プラスチックなどを用いることができる。
【００１８】
本発明の支持体の厚みは１０μｍ〜１０ｍｍ程度まで、目的や材料に応じて任意に選択することができる。光学素子の取扱い上、柔軟性が要求される場合、例えばペーパーライクな画像表示素子等への応用の場合には、厚みが１０〜１００μｍ程度プラスチックフィルムの使用が好ましい。プラスチックフィルムは、非磁性であり、絶縁体であり、また軽量であり、割れにくく、大面積化が可能であるという利点がある。
【００１９】
次に磁性層について述べる。磁性層は前述したように、磁界の印加によりファラデー効果が発現する複数の直線状磁性体が周期的に配列したもので、その周期は可視光波長以下であり、好ましくは１０〜４００ｎｍ、より好ましくは１００〜３００ｎｍ、さらに好ましくは１００〜２５０ｎｍである。該周期が上記範囲であると可視光の回折が防止され、かつ光の透過率低下も防止される。直線状磁性体の幅は上記直線状磁性体の周期に対する比率の観点から、通常５〜３００ｎｍ、好ましくは３０〜１００ｎｍである。また、直線状磁性体の厚みは光との相互作用の観点から、通常５〜４００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍである。
【００２０】
磁性層は大きなファラデー効果を発現できることが望ましく、そのファラデー回転角は、高い光透過率の状態と低い光透過率の状態を実現させるため、４５度以上、より好ましくは４５〜９０度であることが望ましい。また、磁性層の保磁力は２００〜２０００  Ｏｅであることが好ましい。
【００２１】
磁性層に使用される磁性材料は制限されないが、特にファラデー効果の大きな透明磁性材料が好ましい。このような透明磁性材料としては、例えば本発明者が提案している、複数の誘電体膜と磁性体膜との複合膜で構成されるファラデー効果の大きな透明磁性層や、またいわゆる一般的な透明磁気記録材料を用いても良い。さらに、本発明では、磁性層として、後述の偏光子の機能を備えたものを利用することもできる。
【００２２】
ここで、本発明において好ましく用いられる、誘電体膜と磁性体膜の多層膜からなる透明磁性層によって、ファラデー効果が従来より大幅に増大されることを利用した例を以下に２つ示す。
【００２３】
まず、第１の複合透明磁性層は、誘電体膜をＧ、磁性体膜をＭとすると、｛（ＧＭ）ｎ（ＭＧ）ｎ｝ｍの層構成を有するものである。誘電体膜Ｇと磁性体膜Ｍは、ＧＭの次はＭＧのように積層順が逆になる。即ち磁性体膜Ｍに関して対称となることが必要である。通常、ｎは１〜５０、ｍは１〜５０が適当である。光学膜厚（ｎ・ｄ）は１／４波長である。
第２の複合透明磁性層は、第１の複合透明磁性層において、上記Ｇの層を高屈折率膜と低屈折率膜の２層で構成したものである。
これらの場合において、誘電体膜と磁性体膜の材料としては後述するような各種材料を使用することができる。
【００２４】
本発明のファラデー効果を有する層に誘電体膜を併せて用いる場合、その誘電体膜に用いられる材料は、透明でかつ熱的に安定な物質が適し、例えば金属や半金属の酸化物、窒化物、カルコゲン化物、フッ化物、炭化物、及びこれらの混合物であり、具体的にはＳｉＯ２、ＳｉＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＢＮ、ＴｉＮ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＡｇＦ、ＰｂＦ２、ＭｎＦ２、ＮｉＦ２、ＳｉＣなどの単体あるいはこれらの混合物である。これらの材料の中から透明磁性体層と屈折率を異にする種類を選択すればよい。各膜厚は５〜２００ｎｍ、好ましくは５〜３０ｎｍの範囲にするのがよい。誘電体膜は複数の層構成としても良い。膜は各種のＰＶＤ、ＣＶＤ法を用いて作製される。
【００２５】
また、本発明におけるファラデー効果を有する層に用いられる一般的な透明磁性材料としては、Ｃｏフェライト、Ｂａフェライトなどの酸化物、ＦｅＢＯ３、ＦｅＦ３、ＹＦｅＯ３、ＮｄＦｅＯ３などの複屈折が大きな材料、ＭｎＢｉ、ＭｎＣｕＢｉ、ＰｔＣｏなどが挙げられ、透明性が得られる程度に薄くして（誘電体膜と組み合わせても良い）使用することが可能である。特に透明度が高い無機磁性材料としては、ｎ型Ｚｎ１−ｘＶｘＯやＣｏをドープしたＴｉＯ２などがある。
また、できる限り可視光全体にわたって均一でかつ大きな性能指数を有する透明磁性材料としては、下記一般式で表される希土類鉄ガーネットを用いることができる。
Ｒ３−ｘＡｘＦｅ５−ｙＢｙＯ１２
上記式中、０．２＜ｘ＜３、０≦ｙ＜５である。ｘが上記範囲であると、ファラデー効果を向上させ得るという利点がある。また、ｙが上記範囲であると、保磁力を最適化できるという利点がある。
Ｒは希土類金属で、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕのうちの少なくとも一種以上であり、その中でも特にＧｄ、Ｄｙ、Ｙが好ましい。
ＡはＢｉ、Ｃｅ、Ｐｂ、Ｃａ及びＰｔのうちの少なくとも一種以上であり、その中でも特にＢｉ、Ｃｅ、Ｃａが好ましい。
ＢはＡｌ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｒ及びＴｉのうちの少なくとも一種以上であり、その中でも特にＡｌ、Ｇａ、Ｃｏが好ましい。Ｂを用いないでｙ＝０とする場合もある。
これらの希土類鉄ガーネットのうち、特に好ましいものの具体例を挙げると、下記のようなものが例示される。
Ｂｉ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．５Ａｌ１．５Ｏ１２
Ｂｉ２ＹＦｅ４ＡｌＯ１２
ＢｉＧａＹＦｅ５Ｏ１２
Ｂｉ２Ｄｙ１．４Ｇａ０．６Ｆｅ４Ｏ１２
Ｂｉ１．５Ｈｏ１．５Ｆｅ４．２Ｇａ０．８Ｏ１２
Ｃａ２ＹＦｅ４．５Ｒｈ０．５Ｏ１２
ＣｅＹ２Ｆｅ３．５Ｃｏ１．５Ｏ１２
Ｃｅ２．２Ｄｙ０．８Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２
【００２６】
また、本発明において、透明磁性材料として好ましく利用できる材料に、分子磁性材料と言われるものがある。このような材料としては、例えば、バナジウムクロムヘキサシアノ錯体  ＫＩ０．６３ＶＩＩ［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］０．８８  ７．５Ｈ２Ｏ  ０．４ＥｔＯＨ  や  ＫＩ［（ＶＩＩ０．６ＶＩＩＩ０．４）ＸＣｒＩＩ１−Ｘ］［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］などがある。また、有機磁性材料も使用することができる。
【００２７】
また、このような透明有機磁性材料と上記した無機透明磁性材料との積層構造を用いることもできる。このようにすると、両者の屈折率差が、従来の無機磁性体と無機磁性体や、無機磁性体と誘電体との組み合わせよりも大きいために、光の閉じ込め効果が大きくなり、より大きなファラデー回転角が得られるので好ましい。
【００２８】
更には図５に示すように、磁性層を誘電体多層膜で挟むと、ファラデー効果をより一層増大させることができる。誘電体多層膜で増大する波長は必ずしも特定されず、可視光であれば片側４０〜５０層程度の多層構造で可視光全体のファラデー効果を増大させることができる。誘電体多層膜に使用する誘電体材料としては、前記した誘電体材料を適宜の組み合わせで用いることができる。
【００２９】
また、ファラデー効果は、光の進行方向とスピンの方向とが平行の場合に、最も大きな効果が得られるので、磁気光学効果を有する層に使用される材料は膜面に垂直に磁気異方性を有する膜が特に好ましい。
【００３０】
本発明の光学素子における磁性層は、一般的なスパッタ法、真空蒸着法、電子ビーム描画法などのＰＶＤ法やＣＶＤ法、あるいはメッキ法等の方法によって形成されるが、以下、磁性層において可視光波長以下の間隔で、直線状磁性体を周期的に配列する具体的方法の例を述べる。
まず、例えば石英を支持体とする場合には、Ｘ線リソグラフィー法、ＲＩＧＡプロセス、電子ビーム描画法、フェムト秒レーザーなどを用いて、４００ｎｍ以下、例えば２００ｎｍの間隔で７０ｎｍの溝を設ける。溝形状は上述したように、矩形でも良いし、かまぼこ形状、あるいは半円形状など、適宜の形状とするおとができる。溝深さも特に限定されないが、可視光波長程度、特に前記した範囲程度でよい。この溝の中にＣＶＤ法やスパッタ法でファラデー効果を有する磁性材料を埋め込む。溝幅が狭くなると埋め込みにくくなるので、あらかじめ表面張力を下げる材料、例えばＴｉ等を付着させておき、この後にファラデー効果を有する磁性材料を埋め込むような方法を用いる。
【００３１】
また、透明プラスチック基板を用いる場合には、上記のように直接作製する方法と、石英などからのレプリカをつくる方法などが用いられる。他にはインクジェット記録装置を少量インクに対応可能なように改造した装置で、磁性材料を塗布する方法や、プラスチック基板上から溶融温度近くまで加熱した金型を押し付ける方法なども用いることができる。
【００３２】
直線状磁性体を周期的に配列する方法としては、上記のように埋め込む方法だけでなく、あらかじめレジストによるリソグラフィー法で直線部を設けておき、その上にファラデー効果を有する層を設けてエッチングするリフトオフ法なども利用することができる。
【００３３】
次に、磁界発生層について述べる。磁界発生層は、前述したように、ファラデー効果を有する磁性層に磁界を印加し、磁化することにより磁性層にファラデー効果を発現させるものである。この磁界発生層は、本光学素子の利用目的に応じて種々の形態をとることができる。磁性層全体を磁化させるようにしてもよいし、いくつかの部分に分けて選択的に磁化させるようにしてもよいし、表示素子におけるような画素（ピクセル）形態のものを選択的に磁化させるようにしてもよい。
【００３４】
本発明による光学素子の好ましい実施形態においては、磁界発生層をマイクロ磁気ヘッドアレイにより構成する。この磁界発生層では、使用目的に応じて、複数のマイクロ磁気ヘッドを、磁性層のいずれか一方の面側あるいは両方の面側に１次元的あるいは２次元的に配列させることができる。１次元的に配列させた場合には、機械的あるいは電気機械的な走査手段を設ける必要がある。２次元的に配列させた場合にはこのような走査手段を設ける必要はなくなる。そして画像形成素子等へ適用した場合、画像表示部位と記録用磁気ヘッドアレイを相互に移動することなく、アレイへの励磁電流を逐次スイッチングして画像を形成することができる利点がある。また、多光源の可視光を同時に扱うこともできる。
【００３５】
ここでは、磁界発生層を、２次元的に配列させたマイクロ磁気ヘッドアレイで構成したものを中心に説明する。図８は本マイクロ磁気ヘッドアレイ中の平面コイル型磁気ヘッドの構造を平面図及び断面図で示したものである。
本マイクロ磁気ヘッドアレイは、磁気ヘッドとなるコイルを２次元的に複数個並べたものである。コイルの形状は特に限定されるものではなく、三角形、四角形、丸型、楕円型など目的に応じた形状とすることができ、サイズも１０μｍ程度から１ｍｍ程度と選択することができる。コイル巻き数も１から１０ターン程度に選択することができる。該コイルは、特に透明にして用いると、電流を過度に流すことによって、コイル部分も光スイッチとして用いることができて好都合である。
【００３６】
本例では、磁気ヘッドは、電磁誘導コイルと、該コイルの中心に高透磁率コアを配して構成される。なお、所要強度の磁界が得られる場合あるいは低磁界強度で十分な場合には高透磁率コアを設けなくてもよい。
マイクロ磁気ヘッドアレイに柔軟性を付与する必要がある場合には、支持体としてプラスチックフィルムが好ましく使用される。本マイクロ磁気ヘッドアレイにおける磁気ヘッドは、磁界発生効率を向上させるために、図８の下方の断面図に示すように、高透磁率コアの形状を単純な棒状から変形させた形状とした。電磁誘導コイルの外径を２００μｍ程度とすると、高解像度画像形成用に用いることができ、１２７ＤＰＩ（ドットピッチは２００μｍ）以上の画像分解能を得ることができる。
該磁気ヘッドでは、電磁誘導コイルの中心に高透磁率コアを形成するが、該コアは磁気ヘッド支持体上全面に設けられた高透磁率層によって、全マイクロ磁気ヘッドとつなげることもできる。
本マイクロ磁気ヘッドアレイは、一斉に励磁してもよいが、その方法はとらず、１つずつ順番にスイッチによって通電・駆動する方法も用いることができる。この場合には、コイル下側の高透磁率層を共通化できる。これによってコイルの利用効率が向上するだけでなく、マイクロ磁気ヘッドアレイの製作が大幅に容易となる効果がある。またコイルに発生する熱を放熱する効果も有する。
【００３７】
本マイクロ磁気ヘッドアレイにおける磁気ヘッドでは、電磁誘導コイルの高透磁率コア外径が、該コイル上端面の上部ではコイル内部寸法より縮小して、磁束密度を高めることが好ましい。これは磁束を集中させることにより、できる限り磁束の発散を抑えて、強い磁界強度を磁性層に印加したいためである。従って断面形状は角形、円形などは問わない。
【００３８】
本マイクロ磁気ヘッドアレイでは、通常、磁気ヘッドは各ライン上に直線状に配設されるが、各ライン上の磁気ヘッドは中心位置が直線上からずれて、いわゆる千鳥状に２次元的に配設されてもよい。このようにすると、より高密度に磁気ヘッドを配列することができ、高解像度の画像が形成可能となる。
【００３９】
なお、コイルに用いられる材料は一般的な銅が電気抵抗値の点から好ましいが、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔなどその他の導電性材料も用いられる。透明なコイルを作製する場合には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯなどの透明導電材料、あるいはエチレンジオキシ基を有するＢＥＤＯ−ＴＴＦ錯体やＣ６０誘導体を用いたＣＴ錯体などの有機物透明導電材料が用いられる。この場合、コイル部分も利用できるようになる。
【００４０】
マイクロ磁気ヘッドアレイの製造方法としては、大別して、フォトリソグラフィー法、電気メッキ法が用いられる。配線のパターン形成用マスクには、各種レーザー光や軟Ｘ線、紫外線などが用いられる。
配線の加工においては、導線の断面積（線幅、線高さ）がより大きいことが、電気抵抗を低下させる点から重要であるが、コイル密度を高めるためにはコイル間ピッチには制限が生じてくるので、導線間の絶縁層体積がより少ない方法が選ばれる。コイル形成用導線の高さを５μｍ以上とすると、電気抵抗を下げて発熱や断線を防止できるため好ましい。
【００４１】
上記したようにマイクロ磁気ヘッドアレイは大きい面積で作製することが許されない。従ってコイル幅を細く作製せねばならないが、これも作製技術的な理由と共に、低電気抵抗が必要な点から限界がある。本発明ではコイルを複数段階に積み重ねて、この課題を解決した。コイルから発生する磁界強度は、［コイルの巻き数×電流値］の大きさに依存するので、コイルを複数層にして設けることで比較的低電流で、大きな磁界強度を得ることが可能となった。
【００４２】
本発明の光学素子を光スイッチに適用した場合、光スイッチングはそのスピードが速いほど好ましい。支持体上の高透磁率層は、同時に電流を流して駆動する複数個の電磁誘導コイルの占める面積と同等の面積に加工して、切断されている。上記説明した本発明の基本使用法と異なり、複数個のコイルに同時に励磁電流が流されるので、より光スイッチングを高速化しやすくするものである。コイル数が３個ずつか５個ずつか等は適宜選択されるが、１０個以下が電流値の点から少なくて好ましい。
【００４３】
高透磁率コアに用いる軟磁性材料としては、従来より多用されている、純鉄、珪素鋼、鉄やニッケル及びコバルトとの各種合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系）などが用いられる。特に本発明の目的には、これら鉄とニッケルで構成されるパーマロイが好適に用いられる。高透磁率コアの透磁率は１０００以上もしくは１００００以上が良い。透明な高透磁率コア材料としてはＦｅＦ３のような無機磁性体材料か、例えばバナジウムクロムヘキサシアノ錯体  ＫＩ０．６３ＶＩＩ［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］０．８８  ７．５Ｈ２Ｏ  ０．４ＥｔＯＨや  ＫＩ［（ＶＩＩ０．６ＶＩＩＩ０．４）ｘＣｒＩＩ１−ｘ］［ＣｒＩＩＩ（ＣＮ）６］などの分子磁性材料、あるいは有機磁性材料がある。膜作製は電気化学的な合成方法を用いることができる。
【００４４】
本マイクロ磁気ヘッドアレイの電気的な駆動法は、ＦＥＴなどを用いてスイッチングによって単独又は複数個の磁気ヘッドに励磁電流を順次供給してなされる方法が任意に用いられる。なお更に高速度に画像形成したい場合は、数個ずつに同時に電流を流す方法の使用も、電源が大きくなるが可能である。
【００４５】
本発明の光学素子では、マイクロ磁気ヘッドアレイの磁気ヘッド全体の透明化を実現することもできる。図９及び図１０にその例を示す。
このような磁気ヘッドを用いたマイクロ磁気ヘッドアレイが実現できた理由を以下に述べる。
【００４６】
（１）従来は、金属導電性材料、例えば不透明な金や銅などをコイルに用いていた。更にコイルの中心には、コア材として金属で不透明な高透磁率材料を用いていた。本発明では、この導電性材料として、以下に示す透明なＩＴＯ膜を用いた。更に配線をコイル形状から直線状に変更したので、コアを用いる必要が無くなった。
（２）マイクロ磁気ヘッドアレイの直上に磁性層（磁気光学効果を有する層）を設けて（磁性層／マイクロ磁気ヘッドアレイ／支持体又はマイクロ磁気ヘッドアレイ／磁性層／支持体の層構成として、磁性層と磁気ヘッド層間に他の層を入れない）、磁性層とヘッド間距離を近接させ、ヘッドからの磁界利用効率を向上させた。このため少ないヘッド駆動電流で、画像形成が可能となり、ターン数の多い磁気コイルでなくても、直線状配線で十分に磁化できるようにした。直線状配線は透明ＩＴＯ膜で作製可能である。
（３）磁性層の磁化が容易となるように、磁性層の保磁力を低減させた。これにより、小電流で磁化可能となり、ＩＴＯ膜の直線状配線が使用できるようになった。
【００４７】
図９は高透磁率コアを用いない透明マイクロ磁気ヘッドアレイを、配線部分を含めて示した平面図であり、ハッチング部分が磁気ヘッド（磁界発生部）に相当する。層構成は、ＩＴＯ／絶縁膜／ＩＴＯである。配線は直線状にしてある。
図１０は高透磁率コアを用いない透明マイクロ磁気ヘッドアレイの別例を示す図９と同様な図であり、実線と破線とで囲まれる矩形部分が磁気ヘッド（磁気ヘッド）に相当する。本例も、層構成は、ＩＴＯ／絶縁膜／ＩＴＯである。配線は直線状にしてある。
磁気ヘッド１個の寸法には特に制限は無いが、本光学素子の利用目的に応じて適宜設定されるが、通常１０μｍ〜１ｍｍ程度である。磁気ヘッドに発生する熱を少なくするためには、配線の形状は幅２μｍ〜１００μｍ程度が好ましく、高さを大きくとるようにすれば、大きな電流を流すこともできるし、磁気ヘッド間のデッドスペースを小さくすることができる。
【００４８】
マイクロ磁気ヘッドアレイに用いられる導電材料は、透明性の点から透明導電膜が好ましく、そのような材料としては、前述したＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯなどの透明導電材料が用いられ、特にＩＴＯが好ましく用いられる。ＩＴＯ膜は０．１〜５．０μｍ程度の膜厚として用いられ、面抵抗（１ｃｍ角の抵抗値）は１０〜８００Ω／□程度で使用される。
【００４９】
マイクロ磁気ヘッドアレイに用いられる透明絶縁材料としては、一般的な有機、無機絶縁材料を用いることができるが、透明でかつ耐熱性が必要なことから、有機絶縁材料としては、透明ポリイミド樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、オクタキス・ヒドリドシルセスキオキサン分子とビスフェニルエチニル・ベンゼン分子を、触媒を使って共重合させた樹脂、珪素系液体、透明フッ素樹脂、オレフィン・マレイミド共重合体、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、ポリカーボネート樹脂などが好ましく用いられる。
上記のうち、透明ポリイミド樹脂としては、例えば日産化学工業社製の商品名「サンエバー」が好ましく利用できる。この中でも電圧印加時の樹脂自身の分極をほとんど無くしたタイプのもの（サンエバーＲＮ８１２）は、可視光透明性が大幅に向上して９３％以上（１μｍ厚み）と高いだけでなく、成膜したＩＴＯ膜のフィルム基板への付着性も大きく向上しており、耐溶剤性、電気絶縁性、加工性、低通気性、低吸湿性、表面平滑性などにすぐれている。
また、フッ素化ポリイミド樹脂はＮＴＴによって開発され、光透過率は９０％程度と高い（従来のポリイミド樹脂は褐色に着色していたがこれとは異なる）。現在日立化成工業によって「ＯＰＩ」の商品名で市販されている。フッ素含有率は２０〜３０％で、熱線膨張係数は５×１０−６／℃である。但し透明ポリイミド樹脂（フッ素化ポリイミド樹脂も含む）はコストが高いため、オレフィン・マレイミド共重合体フィルムとの積層や、従来使用されたポリエステル、ポリアリレート、ポリエーテルスルフォン、ポリカーボネートのフィルムとの積層としても用いることができる。
また、無機絶縁材料としては、前述した誘電体材料を使用することができる。
【００５０】
また、本マイクロ磁気ヘッドアレイにおいて、直線状配線層上に、高透磁率層を加えると、磁界発生効率が向上する。なお、上記では高透磁率コアを用いてないが、磁気ヘッドとしての効率をより一層向上させる目的で、磁界発生部の中心に透明な高透磁率材料を配置させることもできる。
【００５１】
図９及び図１０のマイクロ磁気ヘッドアレイの製造方法や駆動方法については前述と同様な方法を用いることができる。
【００５２】
次に偏光変換層について述べる。
偏光変換層は、前述のように、一度偏光子を透過させてＰ又はＳ偏光を得た後、残りのＳ又はＰ偏光を変換して、すべて同一種の偏光を得るための層である。偏光変換層としては、入射光を収束させるマイクロレンズアレイと、構造的に複屈折性を付与された高複屈折膜と、波長板が１つおきに等間隔に配列している偏光変換機能層とからなる高透過率偏光変換偏光子（特開平１０−３４８０２７号公報）などを用いることもできる。これは、複屈折膜の屈折率Δｎは０．２以上で、薄膜で作製されＳ波とＰ波に分離する。このうちのどちらかの偏波を１／２波長板で偏光変換するものである。マイクロレンズアレイにはプラスチック製とガラス製等があるが、変形が容易なプラスチック製が選ばれる。薄い構造で、上記の偏光子等よりも吸収や反射が少ないために、透過率が高く、本発明には好適である。偏光変換層の厚みは５０〜１５０μｍ程度である。
【００５３】
次に、偏光子層について述べる。
偏光子層としては、各種の市販の偏光フィルム等が用いることができる。偏光フィルムには大別して多ハロゲン偏光フィルム、染料偏光フィルム、金属偏光フィルムなどがある。
また次のような偏光子も利用できるが、これらに制限されるものではない。
（１）強磁性体微粒子からなる多数の棒状素子を基板表面に一定方向に配列させて固着形成することにより、製造が容易でかつ光学的特性の優れた偏光板（特開平１−９３７０２号公報参照）。
（２）ワイヤグリッド偏光子
透明基板に微小な間隔で金やアルミニウムの線をひいた偏光子（東京農工大学佐藤勝昭著「現代人の物理−光と磁気」（朝倉書店）１９８８年出版、ページ１０３に記載）。この場合、線の間隔ｄ、波長をλとすると、λ≫ｄの波長の光に対して、透過光は線に垂直な振動面を持つほぼ完全な直線偏光になることを利用している。偏光度は９７％程度と言われている。
（３）ポーラコア（ダウコーニング社製）
長く延伸させた金属銀をガラス自身の中に一方向に配列させることにより、偏光特性を持たせたガラスで、従来の有機物偏光素子と異なり耐熱性、耐湿性、耐化学薬品性、レーザーに対する耐性に非常に優れている。赤外線用が主であるが、特殊仕様として可視光用がある。
（４）積層型偏光子
東北大学電気通信研究所の川上彰二郎教授が１９９１年頃に発表したもので、可視光用にはＲＦスパッタリング法で、６〜８ｎｍの厚みのＧｅ（ゲルマニウム）と、１μｍ厚みのＳｉＯ２を交互に６０μｍ厚みになるまで積層して作製している。０．６μｍの波長で測定した性能指数αＴＥ／αＴＭ（ＴＥ波とＴＭ波に対する消衰定数の比）は４００近く、０．８μｍの波長で測定した消光比は３５ｄＢ、挿入損失は０．１８ｄＢであり、可視光に対して十分なものである。
（５）反射型偏光子
住友３Ｍ株式会社が販売している。屈折率の異なる薄膜を、何百層も重ねて積層し、層間で反射・透過を繰り返し、偏光を取り出す。ＳとＰ偏光の内一方を反射して、一方を通過させるために、反射型という。全厚みは１００μｍ程度である。吸収タイプに比較して、反射するので画像が明るく感じられる。また米国Ｍｏｘｔｅｋ社のアルミニウム細線を周期的に並べた、ワイヤグリッドタイプの反射型偏光子もある。
（６）偏光ビームスプリッター
光束を２本以上のビームに分割又は合成する光学素子をビームスプリッターという。その中でも分岐された２光波の偏光方向が異なるように分割するものを偏光ビームスプリッターという。２個の直角プリズムを接着した面に誘電体多層膜コートしたものが一般的であり、Ｐ偏光成分は透過し、Ｓ偏光成分は９０度反射するようになっている。透過率、反射率ともに９８％以上のものが得られる。他には特殊なグレーティングを用いたようなものもある。
（７）偏光プリズム
１軸性結晶は、光学軸方向に垂直に振動する常光線と光学軸を含む主断面内に振動方向をもつ異常光線では異なった屈折率をもつので、１軸性結晶から切り出した２つのプリズムを組み合わせると、振動面の異なる光を分離する偏光子を作ることが出きる。ニコルプリズム、グラントムソンプリズム、グランフーコープリズム、グランテーラープリズム、ロションプリズム、ウォーラストンプリズムなどがある。
（８）回折格子
回折格子はピッチを小さくしていけば、ＴＥ波とＴＭ波の透過率が異なり、偏光子として機能する。偏光子とは呼ばないが偏光子機能を有するので、本発明に偏光子として用いることが可能である。
偏光子層を２層用いる場合には、両者は同じタイプのものでも、異なったタイプのものでもよい。
偏光子層の厚みは５０〜１５０μｍ程度である。
【００５４】
次に、反射層について述べる。
反射層は本光学素子を反射型とする場合に用いる。反射層としては、ＰＶＤ法で設けられたＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｅＣ、ＳｅＡｓ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＣｒＮなどの薄膜が用いられる。また誘電体多層膜を用いた反射膜なども利用することができる。厚みは０．１〜１μｍの範囲で選択される。
【００５５】
次に、保護層について述べる。
保護層は、前述したように耐久性向上等を目的に設けられ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＩＴＯ、ＭｇＦ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｃなどの無機物やそれらの混合物が利用できる。
透明有機樹脂保護層としては、重合性モノマーおよびオリゴマーを主成分とする。光硬化性樹脂組成物や、熱光硬化性樹脂組成物を用いることができる。
【００５６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳しく説明する。
【００５７】
実施例１
支持体として厚み１ｍｍ、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの石英基板を用いた。石英基板の片面に合計で１２０ｎｍ厚となるようにＣｒ２Ｏ３、Ｃｒの２層を順に設け、更にこの上にポジ型レジストを設けた。このレジスト上にフォトマスクを配置し、紫外線を用いて露光した。このときに溝の周期が３００ｎｍとなるように設定した。次いでウェットエッチング手法を用いて、上記レジスト層をエッチングし、更にフッ素系ガスを用いて石英基板をエッチングして、「かまぼこ」部のトップとボトムの差が４００ｎｍとなるように加工した後レジスト層を剥離した。以上のようにして図３に示す「かまぼこ」型の表面形状を作製した。この基板表面に希土類鉄ガーネット（ＣｅＹ２Ｆｅ３．８Ａｌ１．２Ｏ１２）膜を、スパッタ法を用いて厚み１００ｎｍに作製した。
一方、磁界発生層として、図１０の構成のマイクロ磁気ヘッドアレイを作製した。磁界発生部分は２次元に配置し、コイル周期は５００μｍ、線幅２０μｍとした。配線には透明なＩＴＯ膜を用い、基板としてポリカーボネート（厚み５０μｍ）を用いた。ＩＴＯ製膜温度は約１００度とした。また、配線パターンはフォトリソグラフィー法により図１０における点線と実線の配線層の間及び表面側には透明絶縁層として、１μｍ厚ＳｉＯ２膜を、スパッタ法を用いて作製した。次に、磁界発生層（マイクロ磁気ヘッドアレイ）の表面ＳｉＯ２膜上に、上記希土類鉄ガーネット膜の表面を合わせて接着して一体化し、ファラデー効果を有する光学素子本体を作製した。
次いで、偏光変換層として、市販の偏光変換素子（日本真空光学株式会社製）を上記光学素子本体の上に配置した。偏光変換素子表面には、紫外線硬化樹脂を用いて５０μｍ厚にコーティングし、紫外線硬化させて保護層とした。また支持体の磁性層とは反対側には、偏光子として、市販の偏光ビームスプリッターを配置して、本発明による光スイッチとした。
以上のようにして作製した光スイッチの磁気ヘッドに電流を流して、ファラデー効果を有する磁性層（希土類鉄ガーネット膜）を磁化したところ、光遮断された黒い面を得た。この場合の光透過率はほぼ０％であった。電流を逆方向に流した場合には、光透過率約６０％を得て、光スイッチとしての機能を確認できた。
【００５８】
実施例２
実施例１において、磁界発生層として、図９の構成のマイクロ磁気ヘッドアレイ（コイル周期は５００μｍ、線幅２０μｍ）を作製し、磁性層である希土類鉄ガーネット膜の上下に、Ｔａ２Ｏ５とＴｉＯ２の積層膜をスパッタ法を用いて、３ペアー設けた以外は実施例１とまったく同様にして本発明による光スイッチを作製した。
この光スイッチの磁気ヘッドに電流を流したところ、光透過率は実施例１と同様にほぼ０％であった。また、電流を逆方向に流した場合には、光透過率約７０％を得て、光スイッチとしての機能を確認できた。
【００５９】
比較例
実施例１において、「かまぼこ」状表面を有する支持体の溝周期を６００ｎｍとした以外は実施例１と全く同様にして比較例の光スイッチを作製した。
この光スイッチの磁気ヘッドに電流を流したところ、光透過率は実施例１と同様にほぼ６％であった。しかし、電流の逆方向に流した場合には、この光透過率は約４１％であり、光スイッチとしての機能が低下した。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、前記構成を採用したので、可視光に対して回折が生じることなく、光の利用効率が高く、且つ大きなファラデー回転角を持つ光学素子を提供することができる。
また、本発明による光学素子は従来のものに比べて小型なものとすることもできる。
さらに、本発明によれば、上記光学素子を用いた、光の透過時と遮断時の光量比（Ｓ／Ｎ）が大きな可視光専用の光スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学素子の基本的構成を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の光学素子における磁性層の典型的な構造（直線状磁性体の配列）を模式的に示す断面図、（ｂ）は同平面図である。
【図３】直線状磁性体の別の配列を示す断面図である。
【図４】直線状磁性体のさらに別の配列を示す断面図である。
【図５】本発明による光学素子の層構成例を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明による光学素子の別の層構成例を模式的に示す断面図である。
【図７】ファラデー効果を増大させる構成を示す断面図である。
【図８】本発明による光学素子における磁界発生層に使用されるマイクロ磁気ヘッドアレイの平面コイル型磁気ヘッドの平面図及び断面図である。
【図９】本発明による光学素子における磁界発生層に使用されるマイクロ磁気ヘッドアレイの別の構成例を模式的に示す平面図である。
【図１０】本発明による光学素子における磁界発生層に使用されるマイクロ磁気ヘッドアレイのさらに別の構成例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１  支持体
２  磁界発生層
３  磁性層
３Ａ  直線状磁性体
３Ｂ、３Ｂ’  直線状磁性体間の磁性膜
４  偏光変換層
５  偏光子層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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