JPS6018046B2

JPS6018046B2 - カラ−モジユレ−タ

Info

Publication number: JPS6018046B2
Application number: JP11114772A
Authority: JP
Inventors: 裕之竹内; 良鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-11-08
Filing date: 1972-11-08
Publication date: 1985-05-08
Also published as: JPS4969343A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はカラージュレータ（ｃｏｌｏｍｍｏｄ山ａｔｏｒ）、更に詳しくは透明磁性体のファラ
デー効果を利用したカラーモジュレータに関する。

〔発明の背景〕

従来、誘電体や液体などの物質に電界を加えた場合に生
ずる電気光学効果を利用したカラーモジュレータについ
ては公知である。

しかし、これら電気光学効果を示す物質（以下、このよ
うな物質を電気光学物質と云う）は、光透過方向に電界
を加える関係上、特別な電極を使う必要があった。また
、透明磁性体に磁界を加えると、磁界方向に進行する直
線偏光の偏光面を回転せしめうるので、このような現象
を利用して、光スイッチ装置を作ると云う着想は知られ
ておった。しかし、従来公知の磁気光学材料はファラデ
ー回転係数は大きくとも、そのファラデー回転依存性が
小さかったり、又はファラデー回転角が小さいため、透
過光の色相を変調するカラーモジュレータと云う着想は
全く知られていなかった。〔発明の概要〕本発明は、持公昭４３−５３４４号において公知のフェ
リ磁性体が、大きなフアラデ回転角を持ち、光吸収が少
く、ファラデー効果の波長依存が極めて大きい特性を有
していると云う新事実に基づいて、該フェリ磁性体を使
用したカラーモジュレータを提供したものである。

ファラデー効果とは、磁性体を磁化方向に透過する直線
偏光の偏光面が回転する現象をいう。

ファラデー効果による直線偏光面の回転角８Ｆ（この回
転角をファラデー回転角という）は、６Ｆｗ＝Ｆｗ・，
尚−・ｔ．・・．・・．・…で表わされる。ここでＭ
ｓは磁性体の飽和磁化、Ｍ（Ｈ）は外部磁界日に対する
磁性体の磁化、大は磁性体の光入射及び光透過間の厚し
、Ｆ（＾）は磁性体の単位厚み（複）を透過することに
よって生ずるファラデー回転角（以下、ファラデー回転
係数という）で、光の波長に依存する。第１図に示すご
とく、王面が互いに平行なるように配置した偏光子２と
検光子５をそれらの振動面すなわち偏光方向が８。

の角度をもつよう預けて配置し、強度もの白色光が偏光
子２、磁性体３および検出子５を透過した光の強度１（
＾）は、・（入）ニＬｅ−Ｑ（＾）．ｃｏｓ２｛８０一
ひＦ（＾）｝．・・…【２１となる。

ここで、Ｑ（＾）は磁性体３の吸収係数で、光の波長に
依存する。上記装置において、磁性体１３に対し光透過
方向の磁界を加えると、透過直線偏光の偏光面は回転す
るが、その回転角は波長に依存し、さらに‘１１式から
明らかなごとく、この回転角８Ｆは外部磁界日によって
、Ｍ一日ヒステリシスルーブ（ｈｙｓにｒｉｓｉｌｏｏ
ｐ）に従い、Ｆ（＾）ｔから−Ｆ（入）ｔまで変えるこ
とができるので、この装置を通過した光のうち、或る特
定波長の透過光強度は大で、他の波長の透過光強度は小
さくすることができ、透過光全体として、入射光の色相
と異なる色相をもつ。

しかし、従来の磁気光学材料、たとえばＭｈＢｉは第２
図の曲線６に示すごとく可視波長城において、そのファ
ラデー回転係数（度／弧）は変化しない。

また、Ｅｕ○（曲線７）のファラデー回転係数は波長依
存性をもつけれども、可視部での吸収係数が大きく、か
つ低温（１びＫ）でないとその特性を示さない欠点があ
る。またＹＩＧ（Ｙ３Ｆｅ５０，２）は室温（３００Ｋ
）で強い波長依存性をもつファラデー回転係数を持つが
、その値は必ずしも高いものでないため、上記装置に使
用して充分な色相変調を示すことはできず、また色相を
任意にコントロールすることも困難であった。

本願発明は曲線９および１０において示されるＧｂ，．
５Ｂｉ，．５Ｆｅ５０，２およびＹ２Ｂｉ，Ｆｅ５０，
２のごとく、０＜×≦２、０ミｙミ２なる範囲において
、Ｒ３‐ＸＢｉＸＦｅ５‐ｙＡｙ０８で表わされる組成をもつビスマス置換希士類鉄ガーネッ
ト、但し上式において、Ｒはイットリウムおよび希士類
元素から成る群から選んだ少くとも一種類の元素を、Ａ
は鉄と置換する少くとも一種類の元素を表わす（以下、
単にビスマス置換希土類鉄ガーネットと云う）、は可視
光波長城において波長依存性の高いファラデー効果を示
し、特に５６００Ａ附近の光波長の光に対し、高いファ
ラデー効果の性能指数を有すると云う事実を利用し、上
託した装置の強磁性体にビスマス置換希士類鉄ガーネッ
トを使用してカラーモジュレータを提供したものである
。

（上託したファラデー効果の性能指数とは、強磁性体の
光吸収のため、入射光強度が１デシベル低下する厚さに
よって生ずるファラデー回転角８を云い、通常度・デシ
ベル‐１単位で表わす。）なお上記組成式において、ｘ
が２より超えるビスマスの置換は実際上下可能であり、
ビスマス置換士類鉄ガーネットとして限られるｘの範囲
は０＜ｘＳ２に限定される。

またｙが２を越える鉄から他の元素への置換を行なうと
フアラディ回転角がおるるのでｙの範囲として０≦ｙ≦
２と規定した。〔発明の実施例〕以下、実施例に基づいて本願発明を説明する。

実施例１振動面すなわち偏光方向を互いに１ｙ預けて
配置した偏光子２と検光子５から成る第１図構成の装置
において、磁性体３の位置に、表裏二主面を約７ム厚に
研磨したＧｄ，．５Ｂｊ，．５Ｆｅ５０，２板をそれぞ
れの主面が該偏光子、検光子の主面と平行になるように
配置し、変調電源１により磁界強度可変の磁界発生装置
４を操作して、当該Ｇｄ，．５Ｂｉ，．５Ｆｅ５０，２
板底面に垂直に、８００ェルステッドから−８００ェル
ステッドの範囲内の磁界を加えると、磁界の大きさおよ
び適性に応じ入射した白色光の色光は緑こ赤こ燈こ黄に
変化する。

上託した偏光子２と検光子５の振動面の懐きは本実施例
では１ｙの場合が最も、色光の変化が顕著であったが、
１５ｏに限らず任意の角度でよい。上記実施例において
、第１図構成の装置において、さらに第３図に示すごと
く、検光子５と磁性体（ファラデー効果を示す物質）３
との間に複屈折性結晶（雲母板）１１を配置しても、
透過光は上記同様の変化を生ずる。使用する雲母板は一
次の干渉色を示す薄板を用いたが、黄色の干渉色を示す
薄板が最も顕著な効果を示す。第３図において、一般に
は偏光子、検光子の振動面のなす角度は任意でよいが、
直交させた場合は、複屈折薄板により生ずる位相奪を６
（＾）とすると１（＾）＝Ｌぐれ＾）ｔＧ形｛２８−ａ
Ｆ（＾）｝一芸｛１十のＳ６（入）｝ｘｓｉｎ２｛８−
ＯＦ（入）｝ｓｉｎ２８〕
・・・・・・‘３１となる。

ここでのま偏光子の主軸と複屈折薄板の主軸とのなす角
度である。外部磁界日により透過光の色が変わるのは第
１図の系における場合と同様である。ファラデー効果は
弾磁性体の磁化の光の進行方向成分に比例するので、光
の進行方向に対し、Ｍの方向を変えることによっても同
様な現象がおきる。実施例２次に表裏二面間を約１０山厚に研磨したＧら．ｏＢｉ，．ｏＦｅ４．ｏＧａ，．ｏ○，２板を、
第１図構成の装置に用いた実施例について述べる。

上記Ｇも．舷ｊ，．ｏＦｅ４．ｏＧａ，．ｏＯ，２板の
板面を上記偏光子２、検光子５の主面と平行にして磁性
体３位置に挿入し、該板面に垂直に加える磁界を６００
ェルステッドから−６００ェルステッドまで変化させる
と、照射した白色光は透過の際、緑→赤→燈→黄と変化
する。

本実施例における偏光子２および検光子５の振動面、す
なわち偏光方向の相互の傾斜角は１００の場合に最の顕
著な変化を与えるが、ｌｏｏに限った訳ではなく任意の
角度でよい。上記した実施例に使用した強磁性体は、Ｇ
ｄ，．５Ｂｉ，．５Ｆｅ５０，２および、Ｇも．ｏＢｊ
，．ｏＦｅ小Ｇａ，．ｏ０，２であったが、上記物質に
限らず、他のビスマス置換希土類鉄ガーネット、ビスマ
スの置換量の多いほど透過光の色の変化は顕著である。

Ｒがガドリニウムの場合は、試料の飽和磁化が小さく、
従って反磁界が４・さくなり低磁界で動作できるが、Ｒ
がイットリウムやィットリピウムの場合には、２０００
〜２５０００ェルステツドの磁界を必要とした。しかし
、鉄（Ｆｅ）の一部をガリウム（Ｇａ）やインジウム（
ｌｎ）などの非磁性イオンで置き換えることにより、動
作磁界を低下させることができた。この場合でも性能の
低下はそれほど大きくなかった。〔発明の効果〕以上説明したごとく本発明によれば、波長依存性の強い
ファラデー効果を有し、かつその値の大きな透明磁性体
、すなわちビスマス置換希土類鉄ガーネットを用いるこ
とによって：外部磁界で動作する、カラーディスプレイ
が実現できた。

また、ビスマスが多く置換され、低磁界で動作できるビ
スマス置換希土類鉄ガーネットが、最もこの材料として
適していることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆のカラーモジュレータの構成を示す縦断面
図、第２図はファラデー効果を示す磁性材料のファラデ
ー回転係数と波長との相関関係を示す特性図、第３図は
本発明のカラーモジュレ−ターの一実施例の縦断面図で
ある。第１図および第３図において、２・・・・・・偏光子、
３・・・・・・磁性体、４・・・・・・磁界性発生装置
、５・”‘・・検光子、１１…・・・複屈折結晶板。豹１図お３図鰭２図

Claims

【特許請求の範囲】１主面を互いに平行に配置した偏光子および検光子、
該偏光子および検光子間に配置した式Ｒ＿３＿−＿ｘＢ
ｉ＿ｘＦｅ＿５＿−＿ｙＡ＿ｙＯ＿１＿２ただし、０＜
ｘ≦２．０、０≦ｙ≦２．０、Ｒはイツトリウムおよび
希土類元素から成る群から選んだ少くとも一種類の元素
、Ａは鉄と置換しうる元素群のうちから選んだ少くとも
一種類の元素、で表わされる組成を持つビスマス置換希
土類鉄ガーネツト、および該ビスマス置換希土類鉄ガー
ネツトに対し、上記偏光子および検出子の主面と直交す
る方向に磁場を発生し得る強度可変磁場印加手段を設け
て成るカラーモジユレータ。２請求範囲第１項のカラーデイスプレイにおいて、ビ
スマス置換希土類鉄ガーネツトと検光子間に複屈接結晶
板を配置したモジユレータ。