空間光変調器およびその画素駆動方法
【課題】細線状に形成された磁性体からなる磁性細線を用いて、簡易な構造で、かつ開口率を向上させた空間光変調器を提供する。
【解決手段】空間光変調器１０は、細線方向に単位長さＬbで区切られた領域を画素として所定数の画素を細線方向に連続して設けられた磁性細線１を、複数並設して画素アレイを形成し、データ書込部５０および走査電流源８をさらに備える。磁性細線１は画素を設けられた領域である画素領域１ｐｘの外に細線方向に区切られた書込領域１ｗが設けられており、データ書込部５０が書込領域１ｗを所定の画素における磁化方向に変化させて形成した磁区は、走査電流源８が磁性細線１に細線方向に直流パルス電流を供給することにより、当該磁区を区切る磁壁と共に細線方向に沿って移動して、前記所定の画素に到達する。
【解決手段】空間光変調器１０は、細線方向に単位長さＬbで区切られた領域を画素として所定数の画素を細線方向に連続して設けられた磁性細線１を、複数並設して画素アレイを形成し、データ書込部５０および走査電流源８をさらに備える。磁性細線１は画素を設けられた領域である画素領域１ｐｘの外に細線方向に区切られた書込領域１ｗが設けられており、データ書込部５０が書込領域１ｗを所定の画素における磁化方向に変化させて形成した磁区は、走査電流源８が磁性細線１に細線方向に直流パルス電流を供給することにより、当該磁区を区切る磁壁と共に細線方向に沿って移動して、前記所定の画素に到達する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を磁気光学効果により光の位相や振幅等を空間的に変調して出射する空間光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器は、画素として光学素子（光変調素子）を用い、これをマトリクス状に２次元配列して光の位相や振幅等を空間的に変調するものであって、ディスプレイ技術や記録技術等の分野で広く利用されている。空間光変調器として、従来より液晶が用いられているが、近年では、高速処理かつ画素の１μｍ以下の微細化の可能性が期待される磁気光学材料を用いた磁気光学式空間光変調器の開発が進められている。
【０００３】
磁気光学式空間光変調器（以下、空間光変調器）においては、磁性体に入射した光が透過または反射する際にその偏光の向きを変化（旋光）させて出射するファラデー効果（反射の場合はカー効果）を利用し、磁性体の中でも特に効果の大きい磁気光学材料を使用している。例えば明るく表示しようとする画素（選択画素）における光変調素子の磁化方向とそれ以外の画素（非選択画素）における光変調素子の磁化方向を異なるものにして、選択画素から出射した光と非選択画素から出射した光で、その偏光の回転角（旋光角）に差を生じさせることで、選択画素のみを明るく表示する。このような光変調素子の磁化方向を変化させる方法として、光変調素子に磁界を印加する磁界印加方式の他に、近年では光変調素子に電流を供給することでスピンを注入するスピン注入方式（例えば、特許文献１）がある。
【０００４】
スピン注入方式の光変調素子は、具体的には、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子やＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子等の、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）にも適用されるスピン注入磁化反転素子を適用することができる。スピン注入磁化反転素子は、間に非磁性または絶縁性の中間層を挟んだ少なくとも２層の磁性膜からなる積層体で、その上下に一対の電極を接続して膜面に垂直に電流を供給することにより、スピンが注入されて磁性膜の一部の層（磁化自由層）の磁化方向が変化（反転）する。スピン注入磁化反転素子は素子サイズ（面積）が小さいほど小さい電流で容易に磁化反転し、このようなスピン注入磁化反転素子を適用した光変調素子は、磁界を発生させるために各光変調素子の外周に沿って電極（配線）を備える磁界印加方式よりもいっそうの微細化を可能とする。
【０００５】
また、光変調素子の別の態様として、本発明者らは、細線加工された磁性体（磁性細線）を光変調素子とする空間光変調器を開発している（特許文献２）。これは、磁性細線においては、２以上の磁区が細線方向に区切られて形成され易く、これらの磁区を区切る磁壁が当該磁性細線に電流を細線方向に供給することにより移動するという磁壁移動を利用している（非特許文献１，２参照）。詳しくは、図１７に示すように、画素１０４毎に１本の磁性細線１０１を備え、その両端に接続した一対の電極１３１，１３２にて細線方向に電流を供給すると、電流の向きとは反対方向へ磁壁が移動して、磁壁の移動前後の位置に挟まれた領域における磁化方向が反転するので、この領域を光の入射領域（開口領域）として反射光を取り出すことができる。なお、図１７においては、磁性細線１０１の磁化方向を示すため、電極１３２の一部を切り欠いて表す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８３６８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０１１４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Koyama et al., “Control of Domain Wall Position by Electrical Current in Structured Co/Ni Wire with Perpendicular Magnetic Anisotropy”, Appl. Phys. Express 1, 101303 (2008)
【非特許文献２】Xin Jiang et al., “Enhanced stochasticity of domain wall motion in magnetic racetracks due to dynamic pinning”, Nature Communications, 1, pp.1-5 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載したスピン注入磁化反転素子は、所望の磁気特性を得るためには、磁性膜や中間層の膜厚を１ｎｍまたはそれ以下の精度で制御する必要があり、またさらに磁性膜を多層膜とする等の複雑な構造を要し、生産上の課題が多い。また、スピン注入磁化反転素子には上下に電極材料を設けるので、光変調素子として光を入出射するためには、光の入出射側に、光を透過する透明電極材料を適用しなくてはならない。透明電極材料は、金属電極材料と比べて導電性に大きく劣るため、特により多数の光変調素子をマトリクス状に配列した高精細の空間光変調器になるほど中央部で動作が遅れる虞がある。このような空間光変調器を動作させるために大電流を供給する必要があり、省電力化の点で改良の余地がある。あるいは、電極（配線）を厚膜化することで断面積を大きくすれば配線抵抗を低減できるが、金属電極材料も含めて配線幅に比して膜厚を大きくすることは製造上の限界があり、微細化された画素では困難となる。
【０００９】
一方、特許文献２に記載した光変調素子は、図１７に示すように、１本の磁性細線１０１からなる簡易な構造であるが、この磁性細線１０１には磁壁を挟んで開口領域における磁化方向と異なる磁化方向の磁区が形成されている。したがって、磁性細線１０１において画素情報として取り出せる光は、中央部の磁壁の移動前後の位置に挟まれた領域からの反射光に限定され、画素１０４の開口率には限界があり、改良する余地がある。
【００１０】
本発明は前記課題に鑑み創案されたもので、磁性細線を適用して生産が容易となる簡易な構造で、十分な開口率の画素を備えた空間光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明者らは、磁性細線における磁壁の移動速度が数十ｍ／ｓから２５０ｍ／ｓ程度と極めて高速であることから、空間光変調器の１行における光変調素子を連続した１本の磁性細線で構成し、当該１行におけるすべての画素のデータを１画素ずつ順番に書き換えることに想到した。
【００１２】
本発明に係る空間光変調器は、画素をマトリクス状に配列してなる画素アレイと、前記画素アレイの画素のそれぞれを当該画素の入力された２値のデータに基づき異なる２つの磁化方向のいずれかにする画素駆動手段と、を備えるものである。そして、前記画素アレイは、複数の画素を一列に配列して備えて前記配列方向に沿って細線状に形成された磁性体からなる磁性細線を複数並設して形成され、前記磁性細線は、前記複数の画素を備える画素領域と書込領域とを細線方向に区切るように、予め指定された位置に設けられることを特徴とする。一方、前記画素駆動手段は、前記磁性細線を前記書込領域において所定の磁化方向にする書込手段と、前記磁性細線の両端に接続して、当該磁性細線に形成された磁区をこの磁区を区切る磁壁と共に断続的に移動させるパルス電流を供給する電流供給手段と、前記磁性細線に供給されるパルス電流における電流停止時に、前記磁性細線を前記書込領域において所定の画素のデータに基づく磁化方向にするように前記書込手段を制御し、前記書込領域に形成された磁区を前記所定の画素に到達させるように前記電流供給手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成により、空間光変調器は、マトリクス状に配列した画素アレイを行毎に１本の磁性細線で構成して、その両端にて電流を供給すればよく、さらに磁性細線のそれぞれについて、設定された書込領域をデータに基づく磁化方向にすればよいので、簡易な構造とすることができる。また、画素毎に電極を直接に接続する必要がなく、したがって外部から画素アレイの領域へ接続する配線がないので、１つの画素において、磁性細線の当該領域全体が光の入射領域となり、開口率が高くなる。
【００１４】
また、本発明に係る空間光変調器において、前記書込手段は前記磁性細線に磁界を印加するものとすればよい。かかる構成により、空間光変調器は、書込領域も含めて簡易な構造とすることができ、磁気ディスク等の磁気ヘッドと同様の公知の書込方法を適用して、磁性細線の書込領域を所望の磁化方向にすることができる。
【００１５】
あるいは、本発明に係る空間光変調器において、前記磁性細線が書込領域にスピン注入磁化反転素子構造を備え、前記書込手段は前記磁性細線のスピン注入磁化反転素子構造に膜面に垂直な方向に電流を供給するものとすればよい。かかる構成により、空間光変調器は微細な画素としても、複数の磁性細線について並行して、高速なスピン注入磁化反転により書込領域を所望の磁化方向にすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る空間光変調器は、前記画素駆動手段が、磁性細線の少なくとも書込領域から画素領域が設けられた側の反対側の端までを２つの磁化方向の一方にする初期化手段を備えて、前記書込手段が、磁性細線を書込領域において前記２つの磁化方向の他方のみにする構成にしてもよい。かかる構成により、書込手段は磁化を一方向にすることができればよいので、駆動回路を簡易な構造にすることができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る空間光変調器は、前記磁性細線が、画素を細線方向に区切る境界の１箇所以上で括れた形状に形成されていることが好ましい。あるいは、前記磁性細線が、画素を細線方向に区切る境界の１箇所以上で屈曲した細線形状に形成されていることが好ましい。
【００１８】
かかる構成により、パルス電流における電流停止時に磁性細線の括れた箇所または屈曲した箇所に磁壁が到達して停止するので、磁性細線において、書込領域で形成された磁区が設定された画素に到達するように移動させることが容易となり、正確に表示することができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る空間光変調器は、前記画素アレイが磁気転写膜を磁性細線に接触させて備え、前記磁気転写膜を透過して前記磁性細線に光を入射させることが好ましい。
【００２０】
かかる構成により、空間光変調器は、ファラデー効果の大きい磁気転写膜を、磁性細線の光の入射側に接触させて備えるため、画素に入射した光が磁気転写膜を透過することにより、入射した光を大きく旋光させて出射する。
【００２１】
また、本発明に係る空間光変調器の画素駆動方法は、複数の画素を一列に配列して備えて前記配列方向に沿って細線状に形成された磁性体からなる磁性細線を複数並設して画素をマトリクス状に配列されてなる画素アレイとする空間光変調器において、前記画素アレイのそれぞれの画素を、当該画素の入力された２値のデータに基づき異なる２つの磁化方向のいずれかにする方法である。その方法は、前記磁性細線に備えられた複数の画素における配列された順に、１つの画素を選択する画素選択工程と、前記磁性細線を、前記複数の画素を備える領域とは細線方向に区切られて予め設けられた書込領域において、前記選択した１つの画素のデータに基づく磁化方向にする書込工程と、前記磁性細線に形成されている磁区を、前記書込領域から前記複数の画素を備える領域へ向けて細線方向に、前記画素の１つ分の長さの距離を移動させる磁区移動工程と、を順番に繰り返して、前記磁性細線に備えられたすべての画素をデータに基づく磁化方向にするものである。そのために、前記並設された複数の磁性細線のそれぞれについて、前記磁性細線に形成された磁区が当該磁区を区切る磁壁と共に断続的に移動するパルス電流を、当該磁性細線へその細線方向に供給することにより、前記パルス電流における電流停止時に前記画素選択工程と前記書込工程とを行い、前記パルス電流における電流供給時に前記磁区移動工程を行うことを特徴とする。
【００２２】
かかる手順により、マトリクス状に配列した画素アレイを行毎に１本の磁性細線で構成した空間光変調器について、磁性細線にパルス電流を供給し、設定された書込領域に画素を１つずつ順番にそのデータに基づく磁化方向にすることで、画素毎に配線を接続することなく、すべての画素を所望の磁化方向にすることができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る空間光変調器の画素駆動方法は、前記書込工程を配列された画素の１番目について行う前に、磁性細線の少なくとも書込領域から画素領域が設けられた側の反対側の端までを２つの磁化方向の一方にする初期化工程を行って、前記書込工程のそれぞれにおいて、選択した１つの画素のデータに基づく磁化方向が前記一方の磁化方向と同じである場合は磁性細線の磁化方向を変化させないようにしてもよい。
【００２４】
かかる手順により、最初に１回の初期化工程を行うことで、書込工程においては、磁性細線の書込領域を２つの磁化方向の他方にのみすればよく、簡易な構造とした空間光変調器について、多くの時間を要しないで、磁性細線の画素をデータに基づく磁化方向にすることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る空間光変調器の画素駆動方法は、２以上の磁性細線について、共通のパルス電流を供給し、前記工程のそれぞれを並行して行うことが好ましい。
【００２６】
かかる手順により、画素アレイのすべての画素を所望の磁化方向にすることに要する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る空間光変調器によれば、画素の開口率が高く、容易に製造可能な空間光変調器とすることができる。また、本発明に係る空間光変調器の画素駆動方法によれば、前記空間光変調器について、所望の画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る空間光変調器の構成を説明する磁性細線の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る空間光変調器の光変調部の平面図である。
【図３】本発明に係る空間光変調器を用いた表示装置の構成を説明する模式図で、図２の水平方向に沿った断面図に対応する図である。
【図４】第１実施形態に係る空間光変調器の光変調部の構成を説明するための磁性細線の細線方向における断面図であり、（ａ）は上向きの磁化方向への書込時の模式図、（ｂ）は磁区の移動時の模式図、（ｃ）は下向きの磁化方向への書込時の模式図を示す。
【図５】第１実施形態に係る空間光変調器の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る空間光変調器において、画像データに基づいて画像を表示する動作を説明する図であり、（ａ）は画像、（ｂ）は画像データ、（ｃ）は画素列データ、（ｄ）は画素アレイである。
【図７】第１実施形態に係る空間光変調器における画素駆動方法を説明するフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係る空間光変調器における画素駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図９】第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部の平面図である。
【図１０】第２実施形態に係る空間光変調器の構成を示すブロック図である。
【図１１】第２実施形態に係る空間光変調器における画素駆動方法を説明するフローチャートである。
【図１２】第２実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部の別の構成を説明するための磁性細線の細線方向における断面図であり、（ａ）は上向きの磁化方向への書込時の模式図、（ｂ）は下向きの磁化方向への書込時の模式図を示す。
【図１３】第３実施形態に係る空間光変調器の光変調部の構成を説明するための磁性細線の細線方向における断面図である。
【図１４】第４実施形態に係る空間光変調器の光変調部の構成を説明するための磁性細線の細線方向における断面図であり、（ａ）は初期化時の模式図、（ｂ）は上向きの磁化方向への書込時の模式図、（ｃ）は磁区の移動時の模式図を示す。
【図１５】第４実施形態に係る空間光変調器における画素駆動方法を説明するフローチャートである。
【図１６】実施例の光変調部のサンプルの磁気力顕微鏡像写真であり、磁性細線の幅が、（ａ）は１５０ｎｍ、（ｂ）は２５０ｎｍ、（ｃ）は５００ｎｍである。
【図１７】従来の磁性細線を画素に適用した空間光変調器の構成を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る空間光変調器を実現するための形態について、図を参照して説明する。本明細書の図を参照した説明において、横（水平）および縦（垂直）とは平面図における方向を指す。
【００３０】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る空間光変調器１０は、図１に示すように、横方向に延設されたストライプ状の磁性細線１と、それぞれの磁性細線１の両端に接続して当該磁性細線１へ走査電流源８にてパルス電流を供給する走査電流供給部（電流供給手段）８０（図５参照）と、それぞれの磁性細線１について当該磁性細線１の限定された領域（書込領域１ｗ）における磁化方向を上向きおよび下向き（所定の一方向およびその反対方向の異なる２方向）のいずれかにするデータ書込部（書込手段）５０と、を備える。空間光変調器１０は、図５に示すように、走査電流供給部８０およびデータ書込部５０の動作を制御する制御部９０をさらに備える。
【００３１】
本実施形態に係る空間光変調器１０は、図２に示すように、基板２上に並設された８本の磁性細線１を光変調部２０として備える。磁性細線１は、細線方向に所定の単位長さＬbで区切られた領域を１つの画素４として、一列（一行）に配列された８個の画素４を細線方向に連続して備え、この画素４毎に前記いずれかの磁化方向を示す。すなわち磁性細線１は、磁区が細線方向に分割されて形成されている。また、磁性細線１において、すべての（本実施形態では８個の）画素４が設けられた領域を画素領域１ｐｘと称する。そして、光変調部２０は、磁性細線１を８本備えるので、８列×８行の６４個のマトリクス状に配列された画素４（画素アレイ４０）を備えていることになる。本明細書において、光変調部２０（画素アレイ４０）は行方向（横方向）を磁性細線１の細線方向としているが、行と列とを入れ替えた構成にしてもよい。なお、一般的な空間光変調器の画素アレイは、例えばフルハイビジョンでは水平（横）方向１９２０×垂直（縦）方向１０８０の約２０７万画素であるが、本明細書では簡略化して説明するために８列×８行で構成する。
【００３２】
ここで、画素４は、図２において破線枠で示すように、磁性細線１，１間の空隙（絶縁層６）を含めた領域であるが、適宜、磁性細線１の単位長さＬbで区切られた領域を指す。また、一般的に画素とは１個で色調および階調を表示可能な最小単位であり、例えばフルカラー（ＲＧＢ３色×２５６階調）表示をするために１画素で２４ビットの多数の情報を有するが、本明細書における画素とは、空間光変調器による表示の最小単位での情報として明／暗の２値（１ビット）を提示する手段を指す。
【００３３】
（空間光変調器の光変調動作）
本発明に係る空間光変調器の光変調動作を、図３を参照して、この空間光変調器を用いた表示装置にて説明する。表示装置は、図１７に示す従来の空間光変調器１００を用いたものや、スピン注入磁化反転素子を光変調素子としたものと同様の構成とすればよい。本実施形態に係る空間光変調器１０は反射型であり、また、その光変調部となる磁性細線１が垂直磁気異方性材料からなり磁化方向が上向きまたは下向きを示すため、表示装置は以下の構成とすることが好ましい。空間光変調器１０の画素アレイ４０の直上には、画素アレイ４０に向けて光（レーザー光）を照射する光源等を備える光学系ＯＰＳと、光学系ＯＰＳから照射された光を画素アレイ４０に入射する前に１つの偏光成分の光（１つの向きの偏光、以下、適宜偏光という）にする偏光子ＰＦｉと、この上方から画素アレイ４０に入射する偏光（入射偏光）を透過させ、かつ画素アレイ４０で反射して出射した光を側方へ反射するハーフミラーＨＭと、が配置される。そして、画素アレイ４０の上方の前記ハーフミラーＨＭの側方には、ハーフミラーＨＭで反射して到達した光から特定の偏光成分の光を遮光する偏光子ＰＦｏと、偏光子ＰＦｏを透過した光を検出する検出器ＰＤとが配置される。
【００３４】
光学系ＯＰＳは、例えばレーザー光源、およびこれに光学的に接続されてレーザー光を画素アレイ４０の全面に照射する大きさに拡大するビーム拡大器、さらに拡大されたレーザー光を平行光にするレンズで構成される（図示省略）。光学系ＯＰＳから照射された光（レーザー光）は様々な偏光成分を含んでいるため、この光を画素アレイ４０の手前の偏光子ＰＦｉを透過させて、１つの偏光成分の光（偏光）にする。偏光子ＰＦｉ，ＰＦｏはそれぞれ偏光板等であり、検出器ＰＤはスクリーン等の画像表示手段である。
【００３５】
光学系ＯＰＳは、平行光としたレーザー光を、画素アレイ４０へ膜面に垂直に（入射角０°で）入射するように照射する。レーザー光は偏光子ＰＦｉを透過して偏光（入射偏光）となり、ハーフミラーＨＭを透過して画素アレイ４０の上方からすべての画素４すなわち磁性細線１に向けて入射する。入射偏光は、磁性細線１で反射して、画素アレイ４０から出射偏光として出射する。入射角０°であることから、出射偏光は入射偏光と同一の光路となる。そこで、偏光子ＰＦｉと画素アレイ４０との間に画素アレイ４０に対して４５°傾斜させたハーフミラーＨＭを配置して、出射偏光を側方へ反射させることで、出射偏光だけを偏光子ＰＦｏに到達させる。偏光子ＰＦｏはすべての出射偏光のうちの特定の偏光を遮光し、偏光子ＰＦｏを透過した光が検出器ＰＤに入射する。なお、入射偏光を傾斜させて画素アレイ４０に入射し（入射角＞０°）、出射偏光と光路が重複しないようにして、ハーフミラーＨＭを配置しない構成としてもよい。ただし、入射方向が磁化方向に平行に近いほど磁気光学効果が高いので、入射角は３０°程度以内とすることが好ましい。
【００３６】
光は、磁性細線１で反射したときまたは透過したときに、その偏光の向きが、磁気光学効果により、当該磁性細線１の光が入射した領域における磁化方向に対応して一方向およびその反対方向に同じ角度で回転する（旋光する）。図３においては、光は磁性細線１で反射したときのカー効果により角度θkで旋光し、上向きの磁化方向を示す領域で反射した光は＋θk、下向きの磁化方向を示す領域で反射した光は−θk旋光する。偏光子ＰＦｏは、入射偏光に対して−θk旋光した光を遮光するものとする。そのため、下向きの磁化方向の領域（磁区）で反射した出射偏光は、偏光子ＰＦｏで遮光され、一方、上向きの磁化方向の磁区で反射した出射偏光は、偏光子ＰＦｏを透過して検出部ＰＤに照射される。したがって、１本の磁性細線１から出射した光は、当該磁性細線１に形成された磁区毎に明暗（白黒）に切り分けられたパターンとなって検出部ＰＤへ表示される。したがって、１本の磁性細線１において、その細線方向に区切られた画素４毎に上向きまたは下向きのいずれか所望の磁化方向として、磁区を形成することで、画素毎に明／暗（白／黒）を切り分けられた画像を表示することができる。
【００３７】
従来の空間光変調器１００（図１７参照）等においては、光変調動作を行う磁性体（光変調素子）は画素毎に分離されて備えられる。したがって、すべての光変調素子（磁性細線１０１）が異なる組合せの一対の電極に接続されるように、電極１３１，１３２を画素アレイ１４０の横、縦の格子状の配線として設けることで、画素１０４毎に所望の磁化方向にすることを可能としている。これに対して、本発明に係る空間光変調器１０においては、図２に示すように、磁性体（磁性細線１）は、横（行方向）に連続した細線状であって複数の画素４に共有され、縦（列方向）にのみ１画素ずつ分離されている。したがって、同じ行の画素４同士では１本の磁性細線１の両端にて共通の電流を供給される。以下、行方向に連続して一体の磁性体で構成された画素であって、画素間に配線がなくても、画素毎に所望の磁化方向にすることが可能な空間光変調器１０について、詳細に説明する。
【００３８】
（磁性細線）
磁性細線１は、磁性体を厚さおよび幅に対して十分に長い細線状に形成してなる。図２に示すように、光変調部２０において、磁性細線１，１，…は、平面視で絶縁層６を挟んで互いに平行に、基板２上に形成されている。前記した通り、磁性細線１は画素４となる領域を含み、所定数（８個）の画素４が細線方向に連続して設けられた画素領域１ｐｘが光変調を行う部分である。画素領域１ｐｘは磁性細線１における光の入射領域であり、画素領域１ｐｘに入射した光が磁性細線１を透過または反射して出射すると、画素４毎に当該画素４における磁化方向に対応して異なる２つの角度のいずれかで旋光した光に変調される。また、磁性細線１は、画素領域１ｐｘの外（図２では画素領域１ｐｘの左側）の細線方向に区切られた領域に、書込領域１ｗが設けられている。書込領域１ｗは、データ書込部５０により、磁性細線１に設けられた画素４の１つと同じ磁化方向に変化させる領域である。磁性細線１は、ある画素４の上向きまたは下向きの磁化方向と同じ磁化方向の磁区を書込領域１ｗに形成され、この磁区が細線方向に移動されて画素領域１ｐｘの前記画素４に到達することで当該画素４が所望の磁化方向となる。本実施形態において、このような動作（画素の駆動）は、図１に示すようにそれぞれの磁性細線１について並行して実行される。
【００３９】
磁性細線１は、垂直磁気異方性の磁気光学材料で形成される。このような材料として、公知の強磁性材料を適用でき、具体的には、Ｃｏ等の遷移金属とＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとを繰り返し積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜のような多層膜、またＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｆｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ−ＴＭ合金）が挙げられる。これらの材料はスパッタリング法等の公知の方法により成膜され、フォトリソグラフィおよびエッチングまたはリフトオフにより、以下の細線形状に成形されて磁性細線１となる。本実施形態においては、磁性細線１は垂直磁気異方性材料であるので、異なる２つの磁化方向とは、図１および図３に示すように上向きまたは下向きのいずれかを指す。
【００４０】
磁性細線１は、厚さ（膜厚）７０ｎｍ以下、幅３００ｎｍ以下であれば、形成時（製造時）に、細線方向に磁区が分割され易いので、好ましい。また、前記した磁区の移動は磁性細線１に電流を細線方向に供給することでなされ、その移動速度は断面積あたりの電流密度に比例して速くなるため、磁性細線１の厚さおよび幅（断面積）が小さいほど、小さい電流で磁区を高速で移動させることができる（後記参照）。なお、磁性細線は、厚さや幅が前記範囲よりも大きい場合、幅方向等にも磁区が分割されて複数形成される場合があるが、予め外部磁界を印加しておくことで、細線方向のみに磁区が分割された状態にすることができる。ただし、磁性細線１が薄いと入射した光が透過し易いため、反射型の空間光変調器１０においては、磁性細線１は材料にもよるが厚さ３０ｎｍ程度以上とすることが好ましい。あるいは、基板２上にＡｌ，Ｔａ，Ａｇ等の非磁性金属からなる反射層を設けて、光を透過するように厚さ３００ｎｍ程度以下のＳｉＯ2等の絶縁層を介して、磁性細線１を形成してもよい（図示せず）。この場合は、磁性細線１を透過した光がさらに絶縁層を透過して反射層で反射して、再び絶縁層および磁性細線１を透過して出射する。したがって、旋光角を大きくするために磁性細線１は光を透過させる範囲で厚いことが好ましい。一方、後記するように、磁性細線１を書込領域１ｗにおいてスピン注入磁化反転させるためには、厚さ５〜３０ｎｍとすることが好ましい。また、入射光（図３に示すレーザー光）の波長にもよるが、磁性細線１，１ピッチ（画素ピッチ）は２００ｎｍ程度以上とすることが好ましく、磁性細線１の幅は１００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。
【００４１】
磁性細線１における画素４の細線方向長さ（単位長さＬb）は、磁性細線１，１ピッチと同様に入射光の波長によって設定され、２００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。一方、単位長さＬbが長くなると磁区を移動させる距離が長くなって画素アレイ４０の画像の表示に要する時間（応答時間）が長くなる。また、画素４に到達する磁区は書込領域１ｗにて形成されることから、単位長さＬbは後記の書込領域１ｗの細線方向長さ以下となる。以上より、磁性細線１の細線方向長さは、画素４の個数（本実施形態では８個）分すなわち画素領域１ｐｘと、書込領域１ｗと、さらに両端の電極３１，３２の接続のための領域と、を少なくとも要する。
【００４２】
書込領域１ｗは、磁性細線１をこの領域に限定して当該磁性細線１に設けた各画素４と同じ磁化方向に変化させるために設定された細線方向に区切られた領域である。したがって、少なくともこの領域においては、磁性細線１を、上向きまたは下向きの所望の磁化方向に変化させる（適宜、書込をする、という）ことを可能にするため、書込方式に対応した構造とする。書込領域１ｗの細線方向長さは、単位長さＬb以上であればよく、書込方式や加工精度等に対応したものとすればよい。また、磁性細線１における書込領域１ｗの位置は、画素領域１ｐｘの外であって後記の磁区（および磁壁）の移動方向に対して後側であればよく、さらにデータ書込部５０等が画素領域１ｐｘへの光の入出射を妨げることがないようにすればよい。
【００４３】
本実施形態においては、書込方式としてスピン注入磁化反転が適用される。書込領域１ｗにスピン注入磁化反転素子構造を形成することで、磁性細線１をスピン注入磁化反転にて所望の磁化方向にすることができる。詳しくは、図４（ａ）に示すように、磁性細線１を、書込領域１ｗにおいて磁化固定層５１に中間層５２を介して積層してスピン注入磁化反転素子の磁化自由層とし、このスピン注入磁化反転素子構造へ電流を膜面垂直方向に流すための一対の電極３４，３３を上下に接続する。本実施形態では磁化固定層５１、中間層５２、磁性細線１（磁化自由層）の積層順としているが、上下逆順に積層した構造でもよい。スピン注入磁化反転素子構造は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等の公知の素子である。磁化固定層５１は、磁性細線１と同様に強磁性の垂直磁気異方性材料とし、磁性細線１の書込領域１ｗにおける保磁力よりも大きくなるような材料または厚さ等とし、その磁化方向を上向きまたは下向きの一方に固定する（図４では下向きの磁化方向）。中間層５２は、Ｃｕ等の非磁性導体またはＭｇＯ等の絶縁体からなる。また、下部電極３３および上部電極３４は、後記の正電極３１および負電極３２と同様の金属電極材料を適用できる。また、前記した通り、書込領域１ｗの細線方向長さは単位長さＬb以上とするため、２００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。一方、スピン注入磁化反転素子構造は、好適にスピン注入磁化反転可能とするために、平面視で一辺が３００ｎｍ程度以下の正方形またはこれに相当する面積であることが好ましい。したがって、書込領域１ｗの細線方向長さは、磁性細線１の幅にもよるが、３００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４４】
書込領域１ｗをこのような構成とすることで、上向きまたは下向きに電流を供給されることにより、磁性細線１を書込領域１ｗにおいて磁化固定層５１の磁化方向と同じ方向または反対方向の磁化方向にすることができる。例えば図４（ａ）では、電流を下部電極３３から上部電極３４へ、上向きに供給された結果、電流の供給前には（以下、初期状態と称する）磁化方向が下向きを示していた磁性細線１を、書込領域１ｗにおいて上向きに反転させている。
【００４５】
図１および図４に示すように、本実施形態において磁性細線１は、画素領域１ｐｘにおいて、上面に局所的に薄くなるように凹部１ｃ０，１ｃ１，…（適宜まとめて凹部１ｃと表す）が形成されている。このような断面積（細線方向に垂直な断面）が局所的に小さい箇所には磁壁が生成され易いため、磁性細線１は凹部１ｃを形成した箇所で区切るように磁区が形成された状態になり易い。また、磁性細線１への電流の供給を停止した時に磁壁が凹部１ｃに係止（トラップ）され易いため、パルス電流における停止時（ベース期間）に近傍に到達していた磁壁が凹部１ｃまで移動してから静止する。したがって、磁性細線１の画素４を区切る境界に凹部１ｃが形成されていることにより、後記するように、書込領域１ｗに形成した磁区を各画素４に正確に到達させ易くなる。磁性細線１において磁壁を係止させるためには、断面積が局所的に小さく、すなわち括れた形状に形成されていればよいので、凹部１ｃに限られず、例えば平面視で幅狭となるように側面を凹ませた括れが形成されてもよい（図示せず）。そして、磁性細線１において、凹部１ｃ等の括れた箇所は、磁壁を好適に係止させるためには、その幅または厚さが他の部分に対して断面積で９８％以下になるように狭くまたは薄くすることが好ましい。ただし、括れた箇所での断面積が小さくなると、磁性細線１にパルス電流を供給する際の抵抗が増大するため、６０％以上にすることが好ましい。
【００４６】
また、凹部１ｃは、例えば画素領域１ｐｘの端部（図４（ｃ）の凹部１ｃ０，１ｃ８）等の１箇所または２箇所に形成されてもよいが、隣り合う画素４，４同士で同じデータが連続すると間に磁壁が生成しないため、画素４の所定数毎に形成されることが好ましく、すべての画素４の境界に形成されることが最も好ましい。また、括れ（凹部１ｃ）の形状は、磁壁を係止する効果を揃えるために同じとすることが好ましい。また、画素領域１ｐｘの外の、書込領域１ｗとの間にも凹部を形成して、例えば書込領域１ｗでの磁区の形成に伴って生成した磁壁が、単位長さＬbの距離をシフト移動して到達する位置（図４（ｂ）における磁壁ＤＷ１の静止位置）に係止させるようにしてもよい。なお、前記した通り、磁壁の移動速度は細線方向に垂直な断面における電流密度に比例するが、凹部１ｃによる断面の狭い領域は磁性細線１全体に比して僅かであり、一定の電流を供給されているときの磁性細線１における磁壁の移動速度は一定であるとみなすことができる。
【００４７】
（電極）
正電極３１および負電極３２は、一対の電極として磁性細線１にその細線方向の一方向に電流を供給するための端子であり、図２および図４に示すように磁性細線１の両端に接続される。本実施形態では図４に示すように、電極３１，３２は共に磁性細線１の上面に接続されているが、磁性細線１における接続面はこれに限られず、例えば下面に接続されてもよい。また、図２に示すように、本実施形態では、磁性細線１のそれぞれに電極３１，３２が一対ずつ接続されているが、例えば８本すべての磁性細線１を並列に接続するように、図２における縦方向に延設した電極３１，３２としてもよい（図示せず）。電極３１，３２は、Ｃｕ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等の金属やその合金のような一般的な金属電極材料からなり、スパッタリング法等により成膜、フォトリソグラフィ等によりストライプ状に成形される。また、電極３１，３２の厚さ、幅および細線方向長さは、磁性細線１，１ピッチ（画素ピッチ）、材料や供給する電圧・電流等によって設定される。
【００４８】
（基板）
基板２は、磁性細線１等を所望の形状や位置に形成するための光変調部２０の土台であり、例えば表面を熱酸化したＳｉ基板等の公知の基板が適用できる。あるいは光変調部２０の下方から光を入射させる場合は、基板２は透明な材料からなり、例えば、ＳｉＯ2、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ガラス等の公知の透明基板材料が挙げられる。
【００４９】
（絶縁層）
絶縁層６は、光変調部２０における磁性細線１，１間、正電極３１，３１間および負電極３２，３２間、ならびに基板２と磁性細線１との間や磁性細線１の上に配される。絶縁層６は、例えばＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，Ａｌ2Ｏ3等の公知の絶縁材料からなり、また光変調部２０の全体で同じ材料を適用しなくてもよい。
【００５０】
（走査電流供給部）
走査電流供給部８０は、図４（ｂ）に示すように、光変調部２０の各磁性細線１の両端に電極３１，３２を介して接続した走査電流源８をパルス電流源として備え、直流電流（走査電流Ｉscと称する）をパルス電流として、磁性細線１に正電極３１から負電極３２へ、すなわち細線方向の一方向に供給する。磁性細線１に走査電流Ｉscを正電極３１側から負電極３２側へ供給されると、その反対方向に磁性細線１中を流れる電子ｅ-により、磁壁が磁性細線１中を当該磁性細線１の負電極３２側から正電極３１側へ細線方向に沿って移動し、磁壁に区切られた磁区も共に移動する（図４（ｂ）参照）。したがって、磁性細線１の書込領域１ｗで形成された磁区は、細線方向に沿って画素領域１ｐｘへ移動する。さらに、走査電流Ｉscをパルス電流として供給することにより、磁区が磁性細線１中を断続的に移動するため、後記するように画素４の１個単位で移動して、画素領域１ｐｘにおける所定の画素４に到達させることができる。
【００５１】
走査電流供給部８０は、図１および図５に示すように、走査電流源８に光変調部２０の８本すべての磁性細線１をそれぞれの両端で並列に接続して、共通のパルス電流を同時に供給する。本実施形態に係る空間光変調器１０においては、すべての磁性細線１に共通のパルス電流を供給できればよく、走査電流供給部８０は、磁性細線１毎に走査電流源８を備えてもよい（図示省略）。直流パルス電流における走査電流Ｉsc（ピーク電流）は、電流密度：１０8〜１０13Ａ／ｍ2の範囲で、後記するように所望の速度で磁区が移動するように調整することが好ましい。また、直流パルス電流は、パルス幅（ピーク期間）ｔH：１ｐｓ〜１０μｓ、停止時間（ベース期間）ｔL：１０ｐｓ〜１０μｓの範囲で調整することが好ましく、パルス幅ｔHは磁区が移動速度に応じて所定の距離を移動する時間に設定し、停止時間ｔLは後記するデータ書込部５０による書込時間ｔW以上とする。
【００５２】
（データ書込部）
データ書込部５０は、図１および図５に示すように、光変調部２０の磁性細線１毎に設けられ、当該磁性細線１を書込領域１ｗにおいて所望の磁化方向にする。図４に示すように、データ書込部５０は、磁性細線１の書込領域１ｗに設けた電極３３，３４に接続する書込電流源５を備える。書込電流源５は、書込領域１ｗのスピン注入磁化反転素子構造に、直流の電流Ｉwを正負反転させて書込電流＋Ｉw，−Ｉwとして供給可能であり、データ書込部５０が制御部９０に制御されることで電流Ｉwをいずれか所望の向きで供給する。すなわち、書込電流源５は、供給停止（ＯＦＦ）状態を含めると＋Ｉw，０，−Ｉwの３出力を示す。このようなデータ書込部５０の動作は、現行の磁気ディスクへの記録に用いられる磁気ヘッドのコイルに供給される電流と同様に、複数のトランジスタで構成されたスイッチング回路を備える駆動回路（例えば、特開２００７−２３４１３６号公報の図２参照）により実現することができる。本実施形態においては、書込電流＋Ｉw，−Ｉwの大きさ（絶対値）は、磁性細線１を書込領域１ｗにおいてスピン注入磁化反転させる電流（スピン注入磁化反転電流）以上とする。
【００５３】
データ書込部５０は、電極３３，３４に接続する端子を光変調部２０に配置された磁性細線１のピッチに合わせて形成して、配線で電気的に接続するように書込電流源５を設ければよく、磁性細線１を狭ピッチとしても、すべての磁性細線１の書込領域１ｗに同時に書込を実行することができる。また、スピン注入磁化反転は極めて高速であるので、書込時間ｔW（書込電流源５の電流供給時間）は数十ｐｓ程度以上であればよい。また、書込電流は書込時間ｔWをパルス幅とするパルス電流として供給してもよい。
【００５４】
（制御部）
図５に示すように、制御部９０は、外部から入力された画像データ（図６（ｂ）参照）を１行分のデータに分割して画素列データ（図６（ｃ）参照）を生成する画素列データ生成部９９と、データ書込部５０に磁性細線１への画素列データの書込をさせる画素列制御部９，９，…と、を備える。したがって、画素列制御部９は、画素アレイ４０の行数すなわち磁性細線１の本数と同数の８つが備えられ、それぞれが特定の磁性細線１に書込をするデータ書込部５０を制御する。また、制御部９０はカウンタＴＣＮＴをさらに備えることで、画素列制御部９は、磁性細線１に走査電流供給部８０が供給するパルス電流に同期するように、データ書込部５０を制御する（詳細は後記する）。
【００５５】
（光変調部の製造方法）
空間光変調器１０の光変調部２０は、磁性細線１をリフトオフ法やダマシン法にて形成して製造できる。図４（ａ）に示す光変調部２０の製造方法の一例を以下に説明する。まず、基板２上に、書込領域１ｗを設ける位置に下部電極３３を金属電極材料で形成し、その上に磁化固定層５１および中間層５２のそれぞれの材料を連続的に成膜して、所望の形状に成形する。次に、基板２上に、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の絶縁膜をスパッタリング法等の公知の方法により成膜して、中間層５２の上面の高さまで埋め込む。次に、前記絶縁膜（絶縁層６）上および中間層５２上にレジストマスクパターンを形成し、磁性材料をスパッタリング法等にて成膜し、レジストを除去して、ストライプ状の磁性細線１，１，…を形成する。そして、それぞれの磁性細線１の表面に、凹部１ｃを形成する。あるいは、レジストマスクパターンにより幅狭の括れ部を備えた平面視形状の磁性細線１とする。次に、磁性細線１上の当該磁性細線１の両端近傍および書込領域１ｗに、金属電極材料で電極３１，３２および上部電極３４を形成する。最後に、電極３１，３２，３４上を除いて絶縁膜（絶縁層６）で表面を被覆し、書込領域１ｗにおいて基板２を裏面から除去して下部電極３３を露出させる。
【００５６】
磁性細線１をダマシン法にて形成する場合は、基板２上に絶縁膜を成膜するとき、磁性細線１の上面の高さまで成膜し、この絶縁膜に電子線リソグラフィおよびイオンミリングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングで磁性細線１，１，…の形状の溝を形成して絶縁層６とする。この絶縁層６の上に磁性材料をスパッタリング法等の成膜方法にて溝に堆積させた後、表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）等で溝内以外の磁性材料を除去して磁性細線１，１，…とする。
【００５７】
［画素駆動方法］
次に、本発明に係る空間光変調器を動作（光変調）させる前に、画像データに基づいて画素アレイ４０のそれぞれの画素４を所望の磁化方向にする方法（画素駆動方法）を、図５〜図８および適宜図４を参照して説明する。第１実施形態に係る空間光変調器１０における画素の駆動方法は、図１に示すように、走査電流源８に並列に接続された磁性細線１，１，…にパルス電流を供給して磁区を断続的にシフト移動させながら、それぞれの磁性細線１の書込領域１ｗへデータ書込部５０にて書込をするものである。
【００５８】
（画像データ）
第１実施形態に係る空間光変調器１０における画素の駆動方法は、例えば外部のデータベースＤＢに記憶されている動画データについて、１画面（フレーム）ずつの画像データが、図５に示すように制御部９０に入力されて、画素アレイ４０により画像を表示するまでの手順である。図６（ｂ）に示すように、画像データＦ１は、黒く表示する画素を“１”に、白く表示する画素を“０”に表したデータ（画素データ）を横（列方向）に８個並べて、４桁のデータからなる行アドレスを付した１２桁のデータを８行並べてなる。このような画像データＦ１は、一例として、オリジナルの画像（図示省略）を、空間光変調器１０の画素アレイ４０の構成に合わせて、水平方向Ｎh列×垂直方向Ｎv行（８列×８行）のビットマップデータの画像（図６（ａ）参照）に変換して、黒を“１”に、白を“０”に変換して並べて生成することができる。また、このような画像データ生成機能を空間光変調器１０に内蔵してもよい。
【００５９】
（画像データの入力、画素列のデータ生成）
図５に示すように、制御部９０は、外部のデータベースＤＢに画像データの出力命令を送信し、この命令を受信したデータベースＤＢが画像データＦ１の信号を出力することにより、画像データＦ１が制御部９０に入力される（図７における工程（以下省略）Ｓ１０，Ｓ２０）。そして、制御部９０において、画素列データ生成部９９が画像データＦ１を１行ずつに分割し、Ｎh（＝８）個のデータからなるＮv（＝８）本の画素列データを生成する（Ｓ３１）。画素列データは１本ずつ、行アドレスに基づく画素列制御部９へ分配、出力される（Ｓ３２）。次に、制御部９０は、走査電流供給部８０へ、磁性細線１へのパルス電流の供給を開始するように命令を送信して、走査電流供給部８０が走査電流源８をＯＮにしてパルス電流の供給を開始する（Ｓ５０）。走査電流供給部８０は、さらにパルス電流と同じタイミングのパルス信号を制御部９０に出力する。そして、制御部９０は、画素４（磁性細線１）への画素列データ書込工程Ｓ６０を開始する。
【００６０】
（画素列データ書込）
画素列制御部９は個別の画素列データを入力され（Ｓ６１）、一方、走査電流供給部８０へのパルス電流の供給開始命令の送信に伴い、カウンタＴＣＮＴはカウントを１から開始する（Ｓ６２）。そして、画素列制御部９は、画素列データにおけるカウント値ｉと同じ１番目のデータをデータ書込部５０へ出力する。データ書込部５０は、２値のデータ“０”または“１”を入力されると、磁性細線１の書込領域１ｗへの書込をする（Ｓ６３）。次に、パルス電流における１回目のパルス幅ｔHの電流供給にて、磁性細線１において、形成されている磁区を単位長さＬbの距離だけシフト移動させる（Ｓ６４）。本実施形態では、単位長さＬbの距離だけシフト移動させるために必要な電流供給時間（移動時間）ｔSCをパルス幅ｔHとする。次にカウント値ｉを判定し（Ｓ６５）、Ｎh（＝８）に到達するまでカウントを１ずつ増やしながら（Ｓ６６）、データ書込（Ｓ６３）と磁区のシフト移動（Ｓ６４）とを繰り返す。
【００６１】
ここで、磁性細線１へのデータ書込（Ｓ６３）、および磁区のシフト移動（Ｓ６４）について、図４および図７を参照して詳細に説明する。なお、図４においては、図４（ａ）にのみ基板２および絶縁層６を示し、図４（ｂ）、図４（ｃ）では省略するが、すべて同一の構造の光変調部２０を示している。ここでは、行アドレス（０）の画素列データ（図６（ｃ）参照）に基づき磁性細線１（１１）に書込をする方法を説明する。
【００６２】
画素列制御部９（９１）は前記画素列データを入力されてこれを図示しないメモリに一時的に格納し（Ｓ６１）、カウント開始（Ｓ６２：ｉ＝１）を受けて、格納している画素列データの１番目のデータ“０”をデータ書込部５０へ出力する。データ書込部５０は、データ“０”を入力されると、内蔵する書込電流源５から書込電流＋Ｉwを所定の書込時間ｔW供給する。図４（ａ）に示すように、書込電流源５は、磁性細線１の書込領域１ｗに設けられたスピン注入磁化反転素子構造に電極３３，３４で接続されているので、磁性細線１の書込領域１ｗに上向きの、すなわち磁化固定層５１の側から膜面垂直方向に電流Ｉwが流れる。この電流Ｉwにより、磁性細線１は、書込領域１ｗにおいて、磁化固定層５１の磁化方向に対して反平行になるべくスピン注入磁化反転する。したがって、書込領域１ｗに磁化方向が上向きの磁区（磁区Ｄ０と称する。図４（ｂ）参照）が形成され、この磁区Ｄ０の両側を区切るように磁壁ＤＷ１，ＤＷ２が生成する（Ｓ６３）。なお、一般的に、磁壁の長さ（厚さ）は磁性細線の形状や大きさ（幅、厚さ、細線長）等にもよるが、５〜１００ｎｍ程度で、磁区の長さ（単位長さＬb）に対して極めて短い（狭い）が、図４においては磁壁を模式的に拡大して示す。
【００６３】
書込電流源５からの書込電流＋Ｉwの供給が停止した（ＯＦＦ）後、磁性細線１に、走査電流供給部８０からパルス電流における１回目の電流供給（１パルス）として走査電流Ｉscがパルス幅ｔHの時間だけ供給される。本実施形態においては、このようにパルス電流における１回目の電流供給が１番目のデータの書込の後に実行されるようにするために、図８に示すように待ち時間ｔhldを設けている。なお、パルス電流における１回目の電流供給の次に書込がされてもよい。図４（ｂ）に示すように、走査電流Ｉscを、磁壁ＤＷ１，ＤＷ２が単位長さＬbの距離だけ移動する時間ｔSC（＝パルス幅ｔH）磁性細線１に供給し、これに伴い磁壁ＤＷ１，ＤＷ２に挟まれた磁区Ｄ０も等距離移動、すなわちシフト移動する。したがって、磁区Ｄ０の少なくとも一部（単位長さＬbの長さ）が書込領域１ｗから退出する（Ｓ６４）。
【００６４】
パルス電流における電流停止（パルス信号の立下がり）に同期して、カウント値ｉを判定して１増やし（Ｓ６５：Ｎｏ，Ｓ６６：ｉ＝２）、２番目のデータ“１”の書込をする（Ｓ６３）。詳しくは、データ書込部５０が画素列制御部９からデータ“１”を入力されて、書込電流−Ｉwを書込電流源５から供給することにより、図４（ｃ）に示すように磁性細線１の書込領域１ｗに下向きの、すなわち磁化固定層５１の側へ膜面垂直方向に電流Ｉwが流れる。この電流Ｉwにより、磁性細線１は、書込領域１ｗにおいて、磁化固定層５１の磁化方向と平行になるべく、反平行の磁化方向を示す磁区Ｄ０が当該書込領域１ｗに限定してスピン注入磁化反転する。その結果、書込領域１ｗに存在していた磁壁ＤＷ２が消滅し、磁壁ＤＷ３が生成するので、１番目のデータ“０”の書込で形成された磁区Ｄ０は、細線方向長さがパルス電流の１パルス（走査電流Ｉscのパルス幅ｔH供給）による移動距離Ｌbとなる。そして、書込電流−Ｉwの供給が停止した後は、再び走査電流源８からパルス電流における次の１パルスとして走査電流Ｉscが磁性細線１に供給されて、磁壁ＤＷ１，ＤＷ３が単位長さＬbの距離だけ移動する（Ｓ６４）。
【００６５】
このように、走査電流供給部８０（走査電流源８）が供給するパルス電流（走査電流）と同期して、その停止時（ベース期間）に画素列制御部９は画素列データから順番に１個ずつデータをデータ書込部５０に出力し、データ書込部５０は２値のデータ“０”、“１”に基づいて書込電流＋Ｉw，−Ｉwを書込電流源５から供給する。したがって、磁性細線１に１個のデータに基づく書込を実行する度、その後に、形成された磁区Ｄ０等がすべて単位長さＬbの距離だけシフト移動する。そのため、隣り合う画素４，４同士で同じデータであって間に磁壁が生成していない場合でも、書込をされた領域はすべて書込領域１ｗから画素領域１ｐｘに向かって移動することになる。また、データ書込部５０が書込電流を供給する時期は、必ず走査電流源８からのパルス電流における停止時間（ベース期間）中にして、磁性細線１が走査電流源８、書込電流源５の両方から同時に電流を供給されることがないように、制御部９０がデータ書込部５０を制御する。したがって、前記した通り、パルス電流における電流の停止時間ｔLは、書込電流源５による磁性細線１の書込（スピン注入磁化反転）に要する時間（電流供給時間）ｔW以上とする。
【００６６】
そして、磁性細線１に画素列データの最後のすなわちＮh（＝８）番目のデータ“０”に基づく書込がされた（Ｓ６３）後の磁区のシフト移動（Ｓ６４）の次のカウント値ｉの判定で、画素列データ書込工程Ｓ６０におけるＳ６３〜Ｓ６６の繰り返しから抜ける（Ｓ６５：Ｙｅｓ）。この時点で、磁性細線１において、最後のデータに基づく書込がされた領域は、書込領域１ｗを退出しているが、画素領域１ｐｘには到達していない。そこで、この領域が画素領域１ｐｘに到達するまで、さらにパルス電流の供給による磁区のシフト移動を行う（Ｓ７０）。本実施形態では、書込領域１ｗと画素領域１ｐｘとの間が単位長さＬbの２倍であるため、図８に示すように２回のパルス電流の供給を行う。最後に、走査電流供給部８０へパルス電流の供給を停止するように命令を送信して、走査電流供給部８０が走査電流源８をＯＦＦにしてパルス電流の供給を停止する（Ｓ８０）。これにより、図３に示すように、磁性細線１は、画素列データのすべてのデータが単位長さＬbずつの領域で連続して書込をされて、さらにこの書込をされた領域がすべて画素領域１ｐｘに到達しているので、画素４毎に黒または白のパターンが表示される（図６（ｄ）参照）。
【００６７】
磁性細線１は、供給される電流の大きさが一定であれば磁壁の移動速度も一定であるので、ピーク電流Ｉscおよびパルス幅ｔHが一定のパルス電流により、単位長さＬbの距離ずつ断続的に磁区を移動させることができる。しかし、電流の大きさやパルス幅等の誤差により１回の移動距離が僅かにずれて、この微小ずれが累積されると、画素列データのすべてのデータの書込が完了し（Ｓ６５：Ｙｅｓ）、さらに磁区のシフト移動（Ｓ７０）を完了した段階で、書込で形成された磁区が、データに対応する画素４の位置から大きくずれて、正確に表示されなくなる虞がある。このような磁区の位置ずれを防止するために、前記した通り、磁性細線１は、画素４を区切る境界に凹部１ｃのような括れが形成されている。パルス電流における電流停止時の度に、いずれかの凹部１ｃの近傍に到達していた磁壁が当該凹部１ｃで係止され、それに伴いこの磁壁で区切られた磁区もシフト移動するため、磁区の位置の誤差が補正される。パルス電流の調整等により磁性細線１での磁区の位置を十分に制御可能である、あるいは要求される磁区の画素に対する位置精度が粗い等の場合は、磁性細線１は凹部１ｃのような括れを形成されなくてもよい。
【００６８】
なお、磁性細線１において、これらの動作による磁壁の位置の固定後は、それぞれの磁壁を挟んだ２つの磁区のそれぞれで磁性細線１の保磁力により磁化が保持される。したがって、磁性細線１に新たに電流の供給や外部磁界の印加を行うまでは磁区の移動や大きさ（細線方向長さ）の変化、消失は起こらず、書込で形成された磁区は所定の画素４の位置で静止した状態を維持する。また、図４では、全体が下向きの磁化方向を示す初期状態の磁性細線１に書込をしたが、既に画像データ（画素列データ）の書込がされた磁性細線１に新たな画像データの書込をする場合も同様である。この書込において、前の画像データに基づく磁区は、磁区のシフト移動により磁性細線１の終端（正電極３１側の端）まで到達すると消失する。
【００６９】
本実施形態においては、データ書込（Ｓ６３）は、カウンタＴＣＮＴによりすべての画素列制御部９において同時に実行される。したがって、走査電流供給部８０の１つの直流パルス電流源（図示省略）から、すべての磁性細線１に並列にパルス電流を供給して、同時に磁区のシフト移動を行うことができる。さらに、それぞれの磁性細線１に凹部１ｃが形成されていることで、共通のパルス電流を供給されても磁区の移動における位置ずれが防止できる。そのため、タイミングチャートは図８に示す通りとなる。このように、すべての磁性細線１について並行して同時にデータの書込および磁区の移動を行うことで、画素アレイ４０に１つの画像データを表示可能とする作業に要する時間は、前記の１本の磁性細線１の画素領域１ｐｘに画素列データの書込をする作業に要する時間と同じとなり、短時間での表示切替が可能となる。特に、画素アレイ４０に新たな１つの画像データを表示可能とするために表示が変化する時間または表示されない時間、すなわち応答時間（図８参照）は、長くなると、動画の表示に残像が視認されるようになって好ましくないため、空間光変調器においては応答時間をより短縮することが要求される。
【００７０】
画素アレイ４０に画像データＦ１による画像を表示可能となった後は、次のフレームの画像データの出力をデータベースＤＢに要求し（Ｓ１０）、再び画素アレイ４０による表示を可能とする。この画像データ出力命令送信（Ｓ１０）は、外部信号や制御部９０に内蔵する発振器等により、例えば１／６０秒間毎に行うように設定することができる。また、画像データが入力されなかった場合（Ｓ２０：Ｎｏ）は、作業を終了するように設定すればよい。このような構成とすることで、空間光変調器１０は、光変調部２０が簡易な構造であっても高精細な画像を高速で表示することができる。
【００７１】
本実施形態では、走査電流供給部８０が供給するパルス電流を基準として、制御部９０がこのパルス電流と同じタイミングのパルス信号と同期するように制御する構成としたが、反対に、例えば制御部９０が発振器を内蔵してパルス信号を出力し、走査電流供給部８０がこのパルス信号に同期するパルス電流を供給する構成としてもよい。
【００７２】
図８では、パルス電流について、パルス幅ｔHと停止時間ｔLを同じ時間すなわちデューティ比５０％として示しているが、これに限らず、前記の範囲（パルス幅ｔH：１ｐｓ〜１０μｓ、停止時間ｔL：１０ｐｓ〜１０μｓ）でそれぞれ調整可能である。例えば周期（ｔH＋ｔL）あたりのパルス幅ｔHを長くする（デューティ比５０％超）ことで、磁区を単位長さＬb移動させるためのパルス電流の周期が短くなって、その結果、応答時間を短くすることができる。また、本実施形態では、移動時間ｔSCをパルス幅ｔHとして、磁区を、パルス電流における１回の電流供給すなわち１周期で単位長さＬbの距離を移動させるとしたが、これに限らず２回以上の所定回数の電流供給で断続的に移動させてもよい。この場合は、パルス電流の前記所定回数の周期につき１回の停止時間に、書込電流源５が電流を供給するように制御する。
【００７３】
本実施形態に係る空間光変調器１０は、上方から入射した光を磁性細線１の表面で反射させて出射する反射型の空間光変調器であるが、透過型の空間光変調器としてもよい。この場合は、基板２に透明基板材料を適用し、また磁性細線１を薄く形成して光を透過し易くするか、磁性ガーネットのような透過率の高い材料で形成する。表示装置においては、画素アレイ４０の直上に光学系ＯＰＳおよび偏光子ＰＦｉが、直下に偏光子ＰＦｏおよび検出器ＰＤが配置され、またハーフミラーＨＭは不要である（図示省略）。
【００７４】
また、磁性細線１は面内磁気異方性材料を適用してもよい。面内磁気異方性材料には、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏから選択される遷移金属やＮｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ，Ｃｏ−Ｃｒ等の遷移金属合金、あるいはＣｏ−Ｐｔ等のＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとの合金が挙げられ、垂直磁気異方性材料の多層膜よりも成膜が容易である。磁性細線１が面内磁気異方性材料からなる場合は、磁性細線１の磁化方向は細線方向に沿った向きとなる（図１７参照）ので、磁性細線１の細線方向により平行に近い方向に沿って光を入射することが好ましい。ただし、入射方向は磁性細線１の細線方向と平行に近付き過ぎるとそれぞれの画素４に光が入射することが困難となるので、入射角が８０°程度以内となるように、磁性細線１の細線方向に対して１０°〜６０°程度の角度の方向とすることが好ましい。したがって、磁性細線１が面内磁気異方性材料からなる空間光変調器においては、入射角３０°〜８０°程度の範囲となるように入射偏光の入射方向を傾斜させるため、入射偏光および出射偏光のそれぞれの光路に合わせて、光学系ＯＰＳや偏光子ＰＦｉ，ＰＦｏ等が配置される（図示省略）。
【００７５】
（変形例）
第１実施形態の変形例に係る空間光変調器について、図９を参照して説明する。第１実施形態の変形例に係る空間光変調器は、光変調部２０Ａ以外の要素は空間光変調器１０（図１、図５参照）と同一であるので、図示および説明を省略する。さらに光変調部２０Ａは、磁性細線１Ａ以外の要素は光変調部２０（図２参照）における要素と同一であるのでこれらの要素については同じ符号を付し、説明を省略する。光変調部２０Ａの断面構造は、磁性細線１Ａが凹部１ｃを形成されず一定の厚さであること以外は、図４に示す光変調部２０と同一の構造である。したがって、本変形例に係る空間光変調器は、図３に示す第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成で表示装置に適用することができる。
【００７６】
図９に示すように、光変調部２０Ａにおいて、磁性細線１Ａはその細線形状が平面視でジクザグ状に形成されている。詳しくは、磁性細線１Ａは画素４，４間の境界で一定の角度で屈曲するように形成されている。磁性細線１Ａの材料および大きさ（厚さ、幅、細線方向長さ）等は第１実施形態の磁性細線１と同様である。磁性細線１Ａにおいて、屈曲した箇所は、括れ（凹部１ｃ、図４参照）と同様にパルス電流における電流停止時（ベース期間）に磁壁を係止し易いため、磁区のシフト移動において位置ずれを防止することができる。また、磁性細線１Ａは、括れを形成された磁性細線１と異なり、厚さおよび幅が一定であるので抵抗が高くならない。磁性細線１Ａの屈曲の角度は、好適に磁壁を係止するためには１５°〜１３５°の範囲であることが好ましく、また磁壁を係止する効果を揃えるために同じ角度とすることが好ましい。また、屈曲した箇所は、括れと同様に、例えば画素領域１ｐｘの端部等の１箇所または２箇所でもよい。なお、図９に示すように画素４を区切るすべての境界で屈曲している磁性細線１Ａは、隣り合う画素４，４同士で細線方向が非平行であるため、垂直磁気異方性材料で形成されることが好ましい。また、本変形例に係る空間光変調器における画素の駆動方法は第１実施形態と同様であるが、図９に示す光変調部２０Ａにおいては単位長さＬbを画素４における細線方向長さとする。
【００７７】
以上のように、第１実施形態およびその変形例に係る空間光変調器によれば、光の入射する部品を簡易な構造として、画素の微細化を容易にし、また開口率の高い空間光変調器となる。
【００７８】
［第２実施形態］
第１実施形態に係る空間光変調器１０は、画素駆動において、すべての磁性細線１について同時に書込等を行ったが、これに限らず、例えば磁性細線１を２本以上の所定本数（ｎv本）を一組として、各組から１本ずつ順番に選択して、組数（Ｎv／ｎv）の本数の磁性細線１に限定して並列に書込をすることもできる。第２実施形態に係る空間光変調器１０Ａは、空間光変調器１０と同様に８本の磁性細線１を備える光変調部２０を備え、隣り合う４本の磁性細線１を一組として画素の駆動を行う。この一組４本の磁性細線１を磁性細線群と称する。このような空間光変調器の制御部およびその周辺の構成、および画素の駆動方法を、図１０および図１１を参照して説明する。図１０、図１１において、図５、図７と同じ要素および工程については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
図１０に示すように、本実施形態において、制御部９０Ａは第１実施形態の制御部９０と同様に、磁性細線１の本数と同数の８つの画素列制御部９１，９２，…，９８（以下、適宜まとめて画素列制御部９）を備える。そして、それぞれの画素列制御部９は、図５に示す第１実施形態と同様に、磁性細線１毎に設けられたデータ書込部５０にデータを出力する。ただし、並列して指定された２つの画素列制御部９がデータを出力する。また、制御部９０Ａが備えるカウンタＴＣＮＴＡは、第１実施形態におけるカウンタＴＣＮＴが行ったカウント動作（図７のＳ６２，Ｓ６６）に加え、後記する別のカウント動作を行う。また、走査電流供給部８０Ａは、選択された磁性細線１に限定してパルス電流を供給するように、例えば走査電流源８および磁性細線１の電極３１，３２のそれぞれに接続する端子に加えて、端子毎のスイッチをさらに備える（図示省略）。
【００８０】
（画素駆動方法）
画素の駆動方法を、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。制御部９０Ａが画像データＦ１（図６（ｂ）参照）を入力されて、画素列データ（図６（ｃ）参照）を生成、分配するまでは、図７を参照して説明した通りである（Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３１，Ｓ３２Ａ）。
【００８１】
画素列データの分配（Ｓ３２Ａ）に伴い、カウンタＴＣＮＴＡはカウントを１から開始し（Ｓ４１）、制御部９０Ａは、各組の磁性細線群からカウント値ｊと同じ１番目の磁性細線１を選択する（Ｓ４２）。そして、走査電流供給部８０Ａが選択された２組計２本の磁性細線１（１１，１５）に限定してパルス電流の供給を開始する（Ｓ５０Ａ）。一方、制御部９０Ａは、選択された２本の磁性細線１に対応する画素列データを格納した画素列制御部９（９１，９５）を動作させて、２本の磁性細線１への画素列データの書込をする（Ｓ６０）。そして、書込により形成した磁区を画素領域１ｐｘに到達させて（Ｓ７０）、パルス電流の供給を停止する（Ｓ８０Ａ）。Ｓ５０Ａ，Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ８０Ａの工程は、選択された磁性細線１１，１５に限定して行われていること以外は、第１実施形態のＳ５０，Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ８０（図７参照）と同様である。
【００８２】
次にカウント値ｊを判定し（Ｓ４３）、ｎv（＝４）に到達するまでカウントを１ずつ増やし（Ｓ４４）、次の磁性細線１に切り替えて（Ｓ４２）、画素列データの書込および磁区のシフト移動を行う一連の工程（Ｓ５０Ａ，Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ８０Ａ）を繰り返す。そして、磁性細線群のすべての磁性細線１に画素列データの書込が行われた後のカウント値ｊの判定（Ｓ４３：Ｙｅｓ）で、画像データのすべての書込が完了する。
【００８３】
本実施形態に係る画素の駆動方法によれば、一組の磁性細線群の磁性細線１の本数（４本）分、画素列データの書込等を繰り返すため、第１実施形態に係る画素の駆動方法の４倍の応答時間を要することになる。しかし、パルス電流（走査電流）および書込電流をそれぞれ同時に供給する磁性細線１の本数が少ないため、省電力化が可能となる。したがって、本実施形態に係る画素の駆動方法は、画素アレイ４０の画素数が少ない場合や高速応答の必要がない場合に、好適である。また、一組の磁性細線群を隣り合う磁性細線１，１，１，１として、同時に書込をする２本の磁性細線１，１は３本おき（磁性細線１１，１５他）としたが、例えば、隣り合う２本の磁性細線１，１に同時に書込をする組合せとしてもよい。また、ｎv＝Ｎv（＝８）として、磁性細線１に１本ずつ順番に画素列データの書込をすることもできる。
【００８４】
（変形例）
前記第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、磁性細線１毎に備えられたデータ書込部５０で書込をする仕様としたが、同時に動作するデータ書込部５０は、４本の磁性細線１（磁性細線群）につき１つである。したがって、このような画素の駆動を行う空間光変調器１０Ａは、一組の磁性細線群に１つのデータ書込部５０Ａを備えてもよい。具体的には、１つのデータ書込部５０Ａは、書込電流源５、４本の磁性細線１の電極３３，３４のそれぞれに接続する端子および端子毎のスイッチを備えて、制御部９０Ａが選択した磁性細線１に限定して書込電流＋Ｉw，−Ｉwを供給する（図示省略）。また、所定本数の磁性細線群毎にデータ書込部５０Ａを備えればよいので、磁性細線１，１のピッチよりも大きい書込手段による書込方式を適用することができる。
【００８５】
このような書込方式として、現行の磁気ディスクへの書込（記録）と同様に、データ書込部５０Ａが磁気ヘッド５５を備えて外部磁界を印加してもよい。この場合は図１２（ａ）に示すように、データ書込部５０Ａは、書込領域１ｗにおいて光変調部２０Ｂに対向する磁気ヘッド５５をさらに備え、書込電流源５は磁気ヘッド５５のコイルに接続される。書込電流源５が供給する書込電流＋Ｉw，−Ｉwは、磁性細線１を書込領域１ｗにおいて所定の方向に磁化するための磁界を磁気ヘッド５５から発生させるための直流電流であり、コイルに供給される電流Ｉwの向きにより磁界の向きが反転する。図４（ａ）、（ｃ）に示すスピン注入磁化反転と同様に、データ書込部５０Ａが２値のデータ“０”、“１”に基づいて書込電流＋Ｉw，−Ｉwを書込電流源５から供給することで、磁気ヘッド５５から異なる向きの磁界が発生して磁性細線１に印加される。このように磁界を印加する書込方式においては、書込時間ｔWは数百ｐｓ程度以上であればよい。
【００８６】
一方、光変調部２０Ｂは、磁気ディスクと同様に磁性細線１の下（磁気ヘッド５５の主磁極に対向する側の反対側）に非磁性層５４を介して軟磁性層５３を積層して備える。軟磁性層５３により、磁気ヘッド５５からの外部磁界が磁性細線１で垂直な書き込み磁束を形成するための磁路を形成する。このような構成とすることで、例えば図１２（ａ）では、初期状態の磁化方向が下向きの磁性細線１を、書込領域１ｗにおいて、磁気ヘッド５５（主磁極のみ図示）が上向きの磁界を印加して磁化を上向きに反転させている。同様に、図１２（ｂ）（基板２および絶縁層６は図示省略）では、磁気ヘッド５５が下向きの磁界を印加して磁化を下向きに反転させている。なお、面内磁気異方性材料からなる磁性細線１については、細線方向に沿った向きの磁界を印加されればよいので、軟磁性層５３および非磁性層５４を備える必要がなく、光変調部２０Ｂはさらに簡易な構造とすることができる。
【００８７】
また、磁気ヘッド５５は、磁性細線群のすべての磁性細線１の書込領域１ｗに一括に書込をするような構造とする。本発明に係る空間光変調器１０Ａにおいては、磁気ディスクを回転駆動させる記録装置と異なり、磁気ヘッド５５を光変調部２０Ｂに対して高速で移動させることが困難であるからである。これらの磁性細線１が書込領域１ｗにおいて同じ磁化方向とされても、選択されていない磁性細線１は磁区のシフト移動が行われていないので、当該磁性細線１の画素４に前記磁化方向の磁区が到達することはない。
【００８８】
以上のように、第２実施形態に係る空間光変調器によれば、すべての磁性細線に並列してデータの書込を実行しなくても画像の表示が可能であり、省電力で駆動できる空間光変調器とすることができる。さらに、第２実施形態の変形例に係る空間光変調器によれば、いっそう簡易な構造の空間光変調器とすることができる。
【００８９】
［第３実施形態］
第３実施形態に係る空間光変調器について、図１３を参照して説明する。第３実施形態およびその変形例に係る空間光変調器は、光変調部２０Ｃ，２０Ｄ以外は、第１実施形態に係る空間光変調器１０（図１〜図５参照）や第２実施形態に係る空間光変調器（図１０、図１２参照）と同様の構成であり、同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図１３（ａ）に示すように、光変調部２０Ｃは、図４に示す光変調部２０に、磁気転写膜３を画素領域１ｐｘにおける磁性細線１の上面に接触するように備えた構造である。このような空間光変調器においては、光は、上方から磁気転写膜３を透過して磁性細線１の上面で反射、再び磁気転写膜３を透過して出射する。したがって、本実施形態に係る空間光変調器を適用した表示装置は、図３に示す第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成とすることができる。また、本実施形態に係る空間光変調器は、第１実施形態と同様に磁性細線１を透過性の高いものとし、基板２を透明基板とすることで、透過型の空間光変調器としてもよい。
【００９０】
（磁気転写膜）
磁気転写膜３は、外部の磁気を帯びて容易に磁化され、特に接触する磁性体の磁気に強く影響される。したがって、図１３（ａ）に示すように、磁気転写膜３は、下面に磁性細線１が接触して配置された領域では、当該磁性細線１に形成された磁区の直上の領域でそれぞれ同じ磁化方向を示す磁区が形成され、磁区を区切る磁壁が生成する。したがって、磁性細線１において磁界の印加等による書込や磁区のシフト移動により、磁性細線１のある領域における磁化方向が変化すれば、それに対応して前記領域の直上における磁気転写膜３の磁化方向が速やかに変化する。したがって、磁性細線１にパルス電流を供給したとき、見かけ上、磁性細線１と共に磁気転写膜３においても磁区がシフト移動する。なお、本実施形態では磁性細線１は垂直磁気異方性材料からなるが、面内磁気異方性材料であっても同様に磁気転写膜３に磁性細線１の磁化方向が転写される。ファラデー効果の大きい磁気転写膜３に磁性細線１を積層することにより、磁性細線１で反射する光が磁気転写膜３を透過して出射するため、旋光角を大きくして、磁化方向の違いによる出射光の偏光の向きの差を拡大して磁気の検出精度を向上させることができる。
【００９１】
磁気転写膜３は、低保磁力で、磁気光学効果の大きい（ファラデー回転角の大きい）絶縁性の磁性材料からなり、透過率の高い材料が好ましい。このような材料として、具体的にはイットリウム鉄ガーネット（Ｙ3Ｆｅ5Ｏ12：ＹＩＧ）のような磁性ガーネット膜が挙げられ、特にビスマス置換磁性ガーネット（Ｙ3-XＢｉXＦｅ5Ｏ12：Ｂｉ−ＹＩＧ）はファラデー回転角が約５°／μｍ（波長５３２ｎｍ）と大きいことから好ましい。磁性ガーネット膜は、例えばＧｄ3Ｇａ5Ｏ12（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット：ＧＧＧ）単結晶基板上に液相エピタキシャル成長（Liquid Phase Epitaxy：ＬＰＥ）法にて成膜させることで製造できる。あるいは、スピンコート焼結法の一種である有機金属分解（Metal Organic Decomposition：ＭＯＤ）法や、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法にて、ガラス基板等に磁気転写膜３を成膜することもできる。磁気転写膜３の膜厚は特に限定されず、厚くするほど比例してファラデー回転角を大きくすることができるが、一方で光が吸収されて出射光が減衰するため、具体的には０．１〜２μｍ程度が好ましい。磁気転写膜３を成膜するための基板２Ａは透明基板材料であるので、成膜した磁気転写膜３は、基板２Ａごと画素アレイ４０の平面視形状に合わせて切り出して、基板２Ａを上に向けて、光変調部２０Ｃの磁性細線１上に貼り付ければよい。詳しくは、光変調部２０Ｃの製造において、磁性細線１，１間を絶縁層６で埋めた後、その上に磁気転写膜３を貼り付けるように重ねる。
【００９２】
磁気転写膜３は、少なくとも画素領域１ｐｘ（画素アレイ４０）の領域に形成すればよく、図１３（ｂ）に示す変形例のように光変調部２０Ｄの全面に形成してもよい。一例として、基板２に代えて基板２Ａを光変調部２０Ｄの形状とし、その全面に磁気転写膜３を成膜し、磁気転写膜３の上に磁性細線１，１，…を形成する。あるいは磁気転写膜３は、磁性細線１の形成時に同じ平面視形状に加工されてもよい。このような空間光変調器においては、光を光変調部２０Ｄの下方から基板２Ａを透過させて入射させる。光はさらに磁気転写膜３を透過して磁性細線１の下面で反射、再び磁気転写膜３を透過して出射する。また、磁性細線１はその上面に凹部１ｃが形成されている場合、光が磁性細線１の平滑な下面で反射するので、乱反射が抑えられて好ましい。なお、書込領域１ｗにおける軟磁性層５３等は磁性細線１の上に形成したが、例えば成膜した磁気転写膜３を書込領域１ｗにおいて除去し、磁性細線１の形成前に軟磁性層５３および非磁性層５４、あるいは下部電極３３、磁化固定層５１および中間層５２（図１３（ａ）参照）を積層してもよい。また、磁気転写膜３を、第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部２０Ａ（図９参照）に備えてもよい。
【００９３】
以上のように、第３実施形態およびその変形例に係る空間光変調器によれば、画素における磁化方向の違いによる旋光角の差が大きくなるため、画素の明／暗の切り分けおよび切り換えのための選択性に優れた空間光変調器となる。
【００９４】
［第４実施形態］
第１、第２実施形態およびその変形例に係る空間光変調器１０，１０Ａ等についての画素駆動における磁性細線１への書込は、２値のデータのそれぞれに基づく２つの磁化方向にするものであるが、これに限らず、磁性細線１を予め一方の磁化方向にしておくことで、書込においては他方の磁化方向にするのみとしてもよい。このような空間光変調器の構成および画素の駆動方法を、図１４および図１５を参照して説明する。
【００９５】
第４実施形態に係る空間光変調器は、光変調部２０Ｅ、データ書込部５０Ｂ（図示省略）以外の要素は空間光変調器１０（図１、図５参照）と同一であるので、図示および説明を省略し、光変調部２０Ｅにおいても、図４に示す光変調部２０と同じ要素には同じ符号を付して説明を省略する。さらに本実施形態に係る空間光変調器は、図１４（ａ）に示すように、光変調部２０Ｅに対向させた電磁石７１等で構成される初期化部（初期化手段）７０を備える。
【００９６】
本実施形態に係る空間光変調器の光変調部２０Ｅは、図１３（ｂ）に示す第３実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部２０Ｄと同様に、透明な基板２Ａ上に磁性細線１が形成され、下方から光を入射される。さらに、光変調部２０Ｅは、第１実施形態に係る空間光変調器１０の光変調部２０と同様の、書込領域１ｗにスピン注入磁化反転素子構造を形成された磁性細線１を備えるが、書込領域１ｗの細線方向長さは単位長さＬbと略一致するように形成される。また、光変調部２０Ｅは、第１実施形態とは書込領域１ｗのスピン注入磁化反転素子構造の積層順を逆とし、さらに電極３１，３２も磁性細線１の下面に接続されるが、それぞれ第１実施形態と同じ積層順であってもよい。さらに光変調部２０Ｅは、第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部２０Ａ（図９参照）と同様に平面視で屈曲させた形状の磁性細線１Ａとしたり、第３実施形態に係る空間光変調器の光変調部２０Ｃ，２０Ｄ（図１３参照）と同様に磁気転写膜３を備えてもよい。
【００９７】
（初期化部）
初期化部７０は、制御部９０（図５参照）により制御され、光変調部２０Ｅのすべての磁性細線１を２つの磁化方向のうちの共通の一方にするものである。これを磁性細線１の初期化と称し、本実施形態においては磁性細線１を下向きの磁化方向にする。初期化される磁性細線１の領域は、本実施形態においては後記するように磁性細線１の全体であることが好ましい。さらに磁性細線１の初期化は、１本あるいは所定の本数の磁性細線１毎にされてもよいが、特に、第１実施形態と同様にすべての磁性細線１に同時に書込をする等の場合は、これらすべての磁性細線１に対して一括してされることが好ましい。このように、光変調部２０Ｅのすべての磁性細線１のさらに全体という広範囲を同時に同じ磁化方向にするためには磁界印加によることが好ましく、本実施形態において、初期化部７０は、磁界印加手段として光変調部２０Ｅに対向させて設けられた電磁石７１、および電磁石７１のコイルに接続された初期化電流源７を備える。
【００９８】
電磁石７１は、初期化電流源７から初期化電流Ｉinitを供給されて、光変調部２０Ｅに向けて磁界を発生させ、この磁界を印加されて光変調部２０Ｅのすべての磁性細線１が下向きの磁化方向になる。電磁石７１は公知の電磁石を適用することができ、光変調部２０Ｅにおける所定の磁性細線１のそれぞれ（本実施形態においてはすべての磁性細線１）に、所定の向きおよび強さの磁界を一様に印加するように構成される。電磁石７１は、図１４（ａ）では、１本の磁性細線１のみを示してこの磁性細線１に対向させて表されているが、本実施形態に係る空間光変調器においては、光変調部２０Ｅの全体（上面全体）に対向させた１つが備えられるものとする。なお、これに限らず、電磁石７１は、その仕様や光変調部２０Ｅの大きさ（磁性細線１の幅やピッチ）等によっては、１本あるいは所定の本数の磁性細線１毎に設けられてもよい。電磁石７１が印加する磁界は、磁性細線１の保磁力を超えて下向きの磁化方向にすることができる強さであればよく、また、本実施形態のように書込領域１ｗにスピン注入磁化反転素子構造の磁化固定層５１を備えてスピン注入磁化反転にて書込をする場合は、磁化固定層５１と同じ（平行の）下向きの磁化方向にすることが好ましい。磁性細線１を磁化固定層５１と反対の（反平行の）磁化方向にする場合は、電磁石７１が印加する磁界を磁化固定層５１の保磁力よりも弱くする。
【００９９】
磁性細線１の初期化は、負電極３２の接続された側の一端から少なくとも書込領域１ｗまでの領域においてされればよいが、前記した通り、特に、本実施形態のように凹部１ｃ（１ｃ０）等が形成された磁性細線１においては、磁性細線１の全体にされることが好ましい。初期化されないことで画素領域１ｐｘ等に残存するランダムな長さで分割された磁区同士の間の磁壁や、初期化された領域とされなかった領域との間に生成した磁壁が、画素の駆動における磁区のシフト移動の際に、凹部１ｃに係止されて移動距離がずれる虞があるため、初期化にて磁性細線１の全体を一様な磁化方向にして磁壁が生成しないようにする。したがって、電磁石７１は、光変調部２０Ｅの全体に対向して設けられ、特にこのような場合には、画素領域１ｐｘへの光の入出射を妨げることがないように、光の入出射側と反対側に、本実施形態においては光変調部２０Ｅの上方に設けられる。なお、本実施形態においては、図１４（ａ）に、電磁石７１が、光変調部２０Ｅの磁性細線１の負電極３２の接続された側の一端（左端）から書込領域１ｗ近傍までの領域に対向する位置に設けられ、この領域に限定して磁界を印加するように示しているが、磁性細線１の全体を初期化する。
【０１００】
（データ書込部）
データ書込部５０Ｂは、第１実施形態のデータ書込部５０に対して、書込電流源５に代えて書込電流源５Ｂを備えること以外は同様の構成であり、制御部９０により制御される（図５参照）。書込電流源５Ｂは、書込電流源５と同様に書込領域１ｗに電極３３，３４を介して接続されるが、１値の書込電流＋Ｉwのみを供給し、すなわちＯＦＦ状態を含めて＋Ｉw，０の２出力を示す。したがって、データ書込部５０Ｂは、第１実施形態に係る空間光変調器１０のデータ書込部５０等と異なり、ＯＮ／ＯＦＦの切替えのみの簡易な回路で駆動することができる。本実施形態において、書込電流＋Ｉwは、初期化部７０（電磁石７１）によって下向きにされた磁性細線１の磁化方向を、書込領域１ｗにおいてスピン注入磁化反転させて上向きにする（反平行にする）ものである。
【０１０１】
（画素駆動方法）
本実施形態に係る空間光変調器における画素の駆動方法を、図１５に示すフローチャートを参照して説明する。図１５において、図７に示す第１実施形態と同じ工程については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０２】
制御部９０は、画像データＦ１（図６（ｂ）参照）を入力されて、画素列データ（図６（ｃ）参照）を生成、分配する工程（Ｓ２０，Ｓ３１，Ｓ３２）と並行して、初期化部７０によりすべての磁性細線１の磁化方向を下向きにする、すなわちデータ“１”の書込をする初期化工程Ｓ９０を行う。このとき、初期化部７０の初期化電流源７は、磁性細線１の磁化方向が下向きに揃えられるために要する時間だけ初期化電流Ｉinitを供給し、その後は供給を停止して初期化工程Ｓ９０を完了する。磁性細線１の保磁力や本数等、電磁石７１が印加する磁界の強さや領域の広さにもよるが、初期化電流Ｉinitを供給して磁界を印加する時間、すなわち初期化時間は数百ｐｓ程度以上であればよい。初期化工程Ｓ９０は、パルス電流の供給を開始する（Ｓ５０）前に、あるいは画素列データ書込工程Ｓ６０Ｂにおける１番目のデータの判定（Ｓ６７：ｉ＝１）までに行えばよく、例えば画像データ出力命令送信（Ｓ１０）と同時であってもよい。
【０１０３】
画素列データ書込工程Ｓ６０Ｂは、図７を参照して説明した第１実施形態の画素列データ書込工程Ｓ６０とほぼ同様であるが、磁性細線１へのデータ書込（Ｓ６３）に代えて、データ書込部５０Ｂに入力されたデータが“０”である（Ｓ６７：Ｙｅｓ）場合にのみ、磁性細線１に当該データ“０”の書込をして（Ｓ６３Ｂ）、磁区をシフト移動させる（Ｓ６４）。一方、データ書込部５０Ｂに入力されたデータが“１”である（Ｓ６７：Ｎｏ）場合は、磁性細線１に何らの書込をせずに磁区のシフト移動（Ｓ６４）のみを行う。なお、画素列データ書込工程Ｓ６０Ｂにおいては、第１実施形態と比較すると工程Ｓ６７が追加されているが、第１実施形態におけるデータ書込（Ｓ６３）は、データ書込部５０が２値のデータ“０”、“１”のどちらを入力されたかに応じて当該データに基づいて異なる書込をするため、工程や処理時間が実質的に増加するものではない。
【０１０４】
ここで、磁性細線１へのデータ書込（Ｓ６３Ｂ）および磁区のシフト移動（Ｓ６４）について、図１４を参照して詳細に説明する。なお、図１４においては、図１４（ａ）にのみ基板２Ａおよび絶縁層６を示し、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）では省略するが、すべて同一の構造の光変調部２０Ｅを示し、また当該光変調部２０Ｅには電磁石７１が対向している。ここでは、第１実施形態における説明と同様に、行アドレス（０）の画素列データ（図６（ｃ）参照）に基づき磁性細線１（１１）に書込をする方法を説明する。
【０１０５】
データ書込部５０Ｂは、第１実施形態と同様に、画素列制御部９（９１）から画素列データの１番目のデータ“０”を入力されると、内蔵する書込電流源５Ｂから書込電流＋Ｉwを供給する。したがって、図１４（ｂ）に示すように、磁性細線１の書込領域１ｗに下向きの、すなわち磁化固定層５１の側から膜面垂直方向に電流Ｉwが流れて、磁性細線１は、書込領域１ｗにおいて、磁化固定層５１の磁化方向に対して反平行になるべくスピン注入磁化反転する。これにより、書込領域１ｗに磁化方向が上向きの磁区（磁区Ｄ０と称する。図１４（ｃ）参照）が形成され、磁区Ｄ０の両側を区切るように磁壁ＤＷ１，ＤＷ２が生成する（Ｓ６３Ｂ）。同時に、磁性細線１における書込領域１ｗの画素領域１ｐｘと反対側に、磁壁ＤＷ２で磁区Ｄ０と区切られて、磁化方向が初期化時の下向きのままの磁区Ｄ１が形成される。
【０１０６】
書込電流源５Ｂからの書込電流＋Ｉwの供給が停止した（ＯＦＦ）後、磁性細線１に、走査電流供給部８０からパルス電流における１回目の電流供給（１パルス）として走査電流Ｉscがパルス幅ｔHの時間だけ供給されて、図１４（ｃ）に示すように、磁区Ｄ０がこれを挟む磁壁ＤＷ１，ＤＷ２と共に単位長さＬbの距離だけシフト移動する。前記した通り、書込領域１ｗの細線方向長さが単位長さＬbと略一致するので、磁区Ｄ０の全体が書込領域１ｗから退出した時点で静止する（Ｓ６４）。すなわち、書込領域１ｗには磁区Ｄ１が到達する。
【０１０７】
ここで、磁性細線１においては、電子ｅ-が注入される負電極３２側の最端の磁区Ｄ１により当該磁区Ｄ１と逆方向の上向きのスピンを持つ電子が弁別されて、負電極３２からは下向きのスピンを持つ電子のみが注入される。この下向きのスピンを持つ電子の注入により、磁区Ｄ１は下向きの磁化方向を維持したままで磁壁ＤＷ２のシフト移動に伴って細線方向に伸長する。したがって、磁性細線１において、走査電流Ｉscの供給により磁区のシフト移動（Ｓ６４）が繰り返されても、磁性細線１の負電極３２側の端から書込領域１ｗまでは、常に１つの下向きの磁化の磁区が存在し、すなわちデータの判定（Ｓ６７）時において書込領域１ｗは常に下向きの磁化を示す。
【０１０８】
そして、２番目のデータ“１”については、書込領域１ｗは既に下向きの磁化を示しているので書込をする必要がなく、データ書込部５０Ｂはデータ“１”を入力されると、パルス電流における電流停止の間も書込電流源５ＢをＯＦＦ状態のままとする。そして、再び走査電流源８からパルス電流における次の１パルスとして走査電流Ｉscが磁性細線１に供給されると、磁壁ＤＷ１，ＤＷ２およびこれらに挟まれた磁区Ｄ０が単位長さＬbの距離を移動し（Ｓ６４）、それに伴い磁区Ｄ１が同距離だけ伸長する。磁区Ｄ１のこの伸長した部分が、磁区のシフト移動（Ｓ７０）を完了した段階で対応する画素４となる。
【０１０９】
このように、最初に、磁性細線１の磁化方向を下向きとしてデータ“１”の書込をすることで、データ１個ずつの書込において、データ“０”の場合にのみ実際の書込をすればよい。ただし、データ“１”については書込がされないため、第１実施形態（図４（ｂ）、（ｃ）参照）と異なり、書込領域１ｗへのデータ“０”の書込で形成された磁区は、単位長さＬb（パルス幅ｔH）とは関係なく、書込領域１ｗの細線方向長さを維持して、画素領域１ｐｘ（画素４）に到達する。したがって、書込領域１ｗは、前記した通り細線方向長さが単位長さＬbと一致することが最も好ましく、要求される磁区の画素に対する位置精度等に応じた範囲に設計される。
【０１１０】
本実施形態に係る空間光変調器の画素駆動方法は、第１実施形態と比較すると、画素アレイ４０に１フレームの画像を表示する度に１回の初期化工程Ｓ９０を行う分の処理時間がパルス電流の供給開始（Ｓ５０）前に加算される以外は、図８に示すタイミングチャートと同様となり、応答時間の増加は微小である。なお、図８に示すタイミングチャートにおける書込電流源５の出力が「−Ｉw」であるとき、本実施形態においては書込電流源５Ｂの出力が「０」となる。さらに、本実施形態では１フレーム毎に初期化するとしたが、これに限らず、例えば動画の表示において所定フレーム数毎に、さらには空間光変調器の起動時に１回のみ、初期化する設定としてもよい。
【０１１１】
（変形例）
初期化部７０は、画素駆動において所定本数の磁性細線１に限定して書込をする第２実施形態に係る空間光変調器１０Ａ（図１０参照）に備えられてもよい。このような空間光変調器の画素駆動（図１１参照）においては、制御部９０Ａが磁性細線群における１番目の磁性細線１を選択する（Ｓ４２：ｊ＝１）前に、すべての磁性細線１を初期化する。あるいは電磁石７１が磁界を印加する磁性細線１の領域が限定されて、画素領域１ｐｘにおける磁化方向を変化させない場合は、磁性細線１を選択した（工程Ｓ４２）毎に当該磁性細線１に限定して初期化してもよい。
【０１１２】
さらに、初期化部７０は、書込方式として磁界印加を適用した第２実施形態の変形例に係る空間光変調器（図１２参照）に備えられてもよい。この場合は、書込電流源５Ｂが磁気ヘッド５５のコイルに接続され、磁気ヘッド５５が磁性細線１に印加する磁界は図１２（ａ）に示すような上向きのみとする。ここで、磁気ヘッド５５は、前記した通り磁性細線群毎に設けられてそのすべての磁性細線１の書込領域１ｗに一括に磁界を印加して書込をしてもよいが、単位長さＬbと細線方向長さが略一致する書込領域１ｗに限定して磁界を印加する。また、データ書込部５０Ａが前記磁気ヘッド５５により磁性細線群毎のすべての磁性細線１の書込領域１ｗに一括に書込をするので、磁性細線群におけるそれぞれの磁性細線１について、画素列データ書込工程Ｓ６０Ｂ（図１５参照）における１番目のデータの判定（Ｓ６７：ｉ＝１）前に、磁区を少なくとも単位長さＬbの距離シフト移動させて、書込領域１ｗに磁区Ｄ１を到達させるようにする（図１４（ｃ）参照）。
【０１１３】
以上のように、第４実施形態に係る空間光変調器によれば、書込手段に正負反転可能な電流を出力するための複雑な駆動回路を適用する必要がないため、画素をいっそう微細化しても、狭ピッチ化された磁性細線のそれぞれに容易に書込手段を設けることができる。特に、書込方式としてスピン注入磁化反転を適用した場合には、書込領域のスピン注入磁化反転構造について平行、反平行になるそれぞれのスピン注入磁化反転電流の大きさ（絶対値）が異なっても書込手段にさらに複雑な駆動回路を適用する必要がなく、スピン注入磁化反転電流の大きさを揃えたスピン注入磁化反転構造とする必要もない。
【実施例１】
【０１１４】
本発明の効果を確認するために、第１実施形態に係る空間光変調器の光変調部（図２、図３参照）を模擬するサンプルを作製し、形成される磁区を観察した。表面を熱酸化したＳｉ基板を基板２および絶縁層６（熱酸化膜：ＳｉＯ2）とし、ダマシン法にて磁性細線１を形成した。すなわち、ＲＩＥ法にて熱酸化膜に長さ１０μｍの直線状の溝を一定間隔で形成し、その上に垂直磁気異方性材料である[Ｃｏ（０．３ｎｍ）／Ｐｄ（１．２ｎｍ）]×３０の多層膜（合計厚さ４５ｎｍ）を成膜し、ＣＭＰにて溝内以外の前記Ｃｏ／Ｐｄ多層膜を除去することにより、磁性細線１を形成してサンプルとした。溝の幅を変化させることにより、幅１５０ｎｍ（１μｍピッチ）、幅２５０ｎｍ（１．５μｍピッチ）、幅５００ｎｍ（１．５μｍピッチ）の３種類の磁性細線を形成した。
【０１１５】
作製したサンプルに、初期化として１０ｋＧの磁界を上向きに（基板２側から磁性細線１へ向けて）印加して、すべての磁性細線の全体の磁化を飽和させた（一様な磁化方向とした）後、磁性細線（Ｃｏ／Ｐｄ多層膜）の保磁力より少し小さい０．６ｋＧの下向きの磁界を印加して、それぞれの磁性細線に複数の磁区を形成した。このサンプルの表面を磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）にて画像化して観察した。図１６に示すＭＦＭ像写真において、磁性細線は、磁化方向が上向きか下向きかによって磁区毎に白／黒のコントラストを示す。図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、幅が１５０ｎｍ、２５０ｎｍの磁性細線は、それぞれ細線方向にのみ磁区が分割されて、複数の磁区が細線方向に沿って形成されることが確認された。特に幅が１５０ｎｍの磁性細線は、磁区を区切る境界線（磁壁）が細線方向にほぼ垂直に生成して、磁区の平面視形状が矩形となり、また最小で長さ約３０ｎｍの微小な磁区が形成された。このことから、十分に幅の狭い磁性細線１は、１個の画素４において一様な磁化方向を安定して示すことが容易であるといえる。これに対して、図１６（ｃ）に示すように、幅が５００ｎｍの磁性細線は、外部から磁界を印加されるだけでは幅方向にも磁区が分割される場合がある。
【実施例２】
【０１１６】
本発明の効果を確認するために、第１実施形態に係る空間光変調器（図２、図３、図７、図８参照）をフルハイビジョンの画素数としたものにおいて、計算機を用いたシミュレーションにより応答時間を求めた。すなわち、本実施例における空間光変調器の画素数は、水平方向１９２０×垂直方向１０８０とし、また磁性細線１の細線方向を水平方向とする。また、画素サイズは一辺２５０ｎｍとした。したがって、空間光変調器に設ける磁性細線１の本数は１０８０本、ピッチは２５０ｎｍとなる。そして、１本の磁性細線１において、画素４の数は１９２０個、単位長さＬbは２５０ｎｍであるので、画素領域１ｐｘの長さは２５０ｎｍ×１９２０＝４８０μｍとなる。また、書込領域１ｗと画素領域１ｐｘとの間隔を２μｍ、すなわち画素４の８０個分の長さとする。また、磁性細線１の幅および厚さは実施例１のサンプルの１つと同じとして、幅１５０ｎｍ、厚さ４５ｎｍとする。すなわち、画素４は開口率０．６となる。
【０１１７】
このような磁性細線１に９．４５ｍＡの直流電流のパルス電流を供給するものとする。電流密度は１．４×１０12Ａ／ｍ2であり、このパルス電流による磁性細線１の磁壁の移動速度は４０ｍ／ｓとする（非特許文献１参照）。
【０１１８】
磁性細線１の前記パルス電流の電流供給による磁壁の単位長さＬbの移動時間ｔSC：６．２５ｎｓであり、パルス電流における１回の電流供給で磁壁および磁区を単位長さＬbの距離を移動させるため、パルス幅ｔH：６．２５ｎｓとする。また、停止時間ｔL：６．２５ｎｓ（デューティ比：５０％）として、パルス周期は１２．５ｎｓとなる。したがって、本実施例に係る空間光変調器の応答時間は、１２．５ｎｓ×(１９２０＋８０)＝２５μｓとなる。現行の液晶による空間光変調器の応答時間が２０〜３０ｍｓであるので、大幅な高速化が可能になる。そして、本実施例に係る空間光変調器は、フルハイビジョンにおける１フレームの１／６０秒間（≒１６．７ｍｓ）に対して十分に短い応答時間であるので、このような動画の表示において十分な性能を有するといえる。
【０１１９】
以上、本発明を実施するための形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０，１０Ａ 空間光変調器
１，１Ａ，１１〜１８ 磁性細線
１ｃ，１ｃ０〜１ｃ８ 凹部
１ｐｘ 画素領域
１ｗ 書込領域
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ 光変調部
２，２Ａ 基板
３ 磁気転写膜
３１ 正電極
３２ 負電極
４０ 画素アレイ
４ 画素
５０，５０Ａ データ書込部（書込手段）
５，５Ｂ 書込電流源
５５ 磁気ヘッド
７０ 初期化部（初期化手段）
７１ 電磁石
７ 初期化電流源
８ 走査電流源
９０，９０Ａ 制御部
Ｄ０，Ｄ１ 磁区
ＤＷ１，ＤＷ２，ＤＷ３ 磁壁
Ｌb 単位長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射した光を磁気光学効果により光の位相や振幅等を空間的に変調して出射する空間光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器は、画素として光学素子（光変調素子）を用い、これをマトリクス状に２次元配列して光の位相や振幅等を空間的に変調するものであって、ディスプレイ技術や記録技術等の分野で広く利用されている。空間光変調器として、従来より液晶が用いられているが、近年では、高速処理かつ画素の１μｍ以下の微細化の可能性が期待される磁気光学材料を用いた磁気光学式空間光変調器の開発が進められている。
【０００３】
磁気光学式空間光変調器（以下、空間光変調器）においては、磁性体に入射した光が透過または反射する際にその偏光の向きを変化（旋光）させて出射するファラデー効果（反射の場合はカー効果）を利用し、磁性体の中でも特に効果の大きい磁気光学材料を使用している。例えば明るく表示しようとする画素（選択画素）における光変調素子の磁化方向とそれ以外の画素（非選択画素）における光変調素子の磁化方向を異なるものにして、選択画素から出射した光と非選択画素から出射した光で、その偏光の回転角（旋光角）に差を生じさせることで、選択画素のみを明るく表示する。このような光変調素子の磁化方向を変化させる方法として、光変調素子に磁界を印加する磁界印加方式の他に、近年では光変調素子に電流を供給することでスピンを注入するスピン注入方式（例えば、特許文献１）がある。
【０００４】
スピン注入方式の光変調素子は、具体的には、ＴＭＲ（Tunnel MagnetoResistance：トンネル磁気抵抗効果）素子やＣＰＰ−ＧＭＲ（Current Perpendicular to the Plane Giant MagnetoResistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子等の、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）にも適用されるスピン注入磁化反転素子を適用することができる。スピン注入磁化反転素子は、間に非磁性または絶縁性の中間層を挟んだ少なくとも２層の磁性膜からなる積層体で、その上下に一対の電極を接続して膜面に垂直に電流を供給することにより、スピンが注入されて磁性膜の一部の層（磁化自由層）の磁化方向が変化（反転）する。スピン注入磁化反転素子は素子サイズ（面積）が小さいほど小さい電流で容易に磁化反転し、このようなスピン注入磁化反転素子を適用した光変調素子は、磁界を発生させるために各光変調素子の外周に沿って電極（配線）を備える磁界印加方式よりもいっそうの微細化を可能とする。
【０００５】
また、光変調素子の別の態様として、本発明者らは、細線加工された磁性体（磁性細線）を光変調素子とする空間光変調器を開発している（特許文献２）。これは、磁性細線においては、２以上の磁区が細線方向に区切られて形成され易く、これらの磁区を区切る磁壁が当該磁性細線に電流を細線方向に供給することにより移動するという磁壁移動を利用している（非特許文献１，２参照）。詳しくは、図１７に示すように、画素１０４毎に１本の磁性細線１０１を備え、その両端に接続した一対の電極１３１，１３２にて細線方向に電流を供給すると、電流の向きとは反対方向へ磁壁が移動して、磁壁の移動前後の位置に挟まれた領域における磁化方向が反転するので、この領域を光の入射領域（開口領域）として反射光を取り出すことができる。なお、図１７においては、磁性細線１０１の磁化方向を示すため、電極１３２の一部を切り欠いて表す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−８３６８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０１１４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】T. Koyama et al., “Control of Domain Wall Position by Electrical Current in Structured Co/Ni Wire with Perpendicular Magnetic Anisotropy”, Appl. Phys. Express 1, 101303 (2008)
【非特許文献２】Xin Jiang et al., “Enhanced stochasticity of domain wall motion in magnetic racetracks due to dynamic pinning”, Nature Communications, 1, pp.1-5 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載したスピン注入磁化反転素子は、所望の磁気特性を得るためには、磁性膜や中間層の膜厚を１ｎｍまたはそれ以下の精度で制御する必要があり、またさらに磁性膜を多層膜とする等の複雑な構造を要し、生産上の課題が多い。また、スピン注入磁化反転素子には上下に電極材料を設けるので、光変調素子として光を入出射するためには、光の入出射側に、光を透過する透明電極材料を適用しなくてはならない。透明電極材料は、金属電極材料と比べて導電性に大きく劣るため、特により多数の光変調素子をマトリクス状に配列した高精細の空間光変調器になるほど中央部で動作が遅れる虞がある。このような空間光変調器を動作させるために大電流を供給する必要があり、省電力化の点で改良の余地がある。あるいは、電極（配線）を厚膜化することで断面積を大きくすれば配線抵抗を低減できるが、金属電極材料も含めて配線幅に比して膜厚を大きくすることは製造上の限界があり、微細化された画素では困難となる。
【０００９】
一方、特許文献２に記載した光変調素子は、図１７に示すように、１本の磁性細線１０１からなる簡易な構造であるが、この磁性細線１０１には磁壁を挟んで開口領域における磁化方向と異なる磁化方向の磁区が形成されている。したがって、磁性細線１０１において画素情報として取り出せる光は、中央部の磁壁の移動前後の位置に挟まれた領域からの反射光に限定され、画素１０４の開口率には限界があり、改良する余地がある。
【００１０】
本発明は前記課題に鑑み創案されたもので、磁性細線を適用して生産が容易となる簡易な構造で、十分な開口率の画素を備えた空間光変調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明者らは、磁性細線における磁壁の移動速度が数十ｍ／ｓから２５０ｍ／ｓ程度と極めて高速であることから、空間光変調器の１行における光変調素子を連続した１本の磁性細線で構成し、当該１行におけるすべての画素のデータを１画素ずつ順番に書き換えることに想到した。
【００１２】
本発明に係る空間光変調器は、画素をマトリクス状に配列してなる画素アレイと、前記画素アレイの画素のそれぞれを当該画素の入力された２値のデータに基づき異なる２つの磁化方向のいずれかにする画素駆動手段と、を備えるものである。そして、前記画素アレイは、複数の画素を一列に配列して備えて前記配列方向に沿って細線状に形成された磁性体からなる磁性細線を複数並設して形成され、前記磁性細線は、前記複数の画素を備える画素領域と書込領域とを細線方向に区切るように、予め指定された位置に設けられることを特徴とする。一方、前記画素駆動手段は、前記磁性細線を前記書込領域において所定の磁化方向にする書込手段と、前記磁性細線の両端に接続して、当該磁性細線に形成された磁区をこの磁区を区切る磁壁と共に断続的に移動させるパルス電流を供給する電流供給手段と、前記磁性細線に供給されるパルス電流における電流停止時に、前記磁性細線を前記書込領域において所定の画素のデータに基づく磁化方向にするように前記書込手段を制御し、前記書込領域に形成された磁区を前記所定の画素に到達させるように前記電流供給手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成により、空間光変調器は、マトリクス状に配列した画素アレイを行毎に１本の磁性細線で構成して、その両端にて電流を供給すればよく、さらに磁性細線のそれぞれについて、設定された書込領域をデータに基づく磁化方向にすればよいので、簡易な構造とすることができる。また、画素毎に電極を直接に接続する必要がなく、したがって外部から画素アレイの領域へ接続する配線がないので、１つの画素において、磁性細線の当該領域全体が光の入射領域となり、開口率が高くなる。
【００１４】
また、本発明に係る空間光変調器において、前記書込手段は前記磁性細線に磁界を印加するものとすればよい。かかる構成により、空間光変調器は、書込領域も含めて簡易な構造とすることができ、磁気ディスク等の磁気ヘッドと同様の公知の書込方法を適用して、磁性細線の書込領域を所望の磁化方向にすることができる。
【００１５】
あるいは、本発明に係る空間光変調器において、前記磁性細線が書込領域にスピン注入磁化反転素子構造を備え、前記書込手段は前記磁性細線のスピン注入磁化反転素子構造に膜面に垂直な方向に電流を供給するものとすればよい。かかる構成により、空間光変調器は微細な画素としても、複数の磁性細線について並行して、高速なスピン注入磁化反転により書込領域を所望の磁化方向にすることができる。
【００１６】
また、本発明に係る空間光変調器は、前記画素駆動手段が、磁性細線の少なくとも書込領域から画素領域が設けられた側の反対側の端までを２つの磁化方向の一方にする初期化手段を備えて、前記書込手段が、磁性細線を書込領域において前記２つの磁化方向の他方のみにする構成にしてもよい。かかる構成により、書込手段は磁化を一方向にすることができればよいので、駆動回路を簡易な構造にすることができる。
【００１７】
さらに、本発明に係る空間光変調器は、前記磁性細線が、画素を細線方向に区切る境界の１箇所以上で括れた形状に形成されていることが好ましい。あるいは、前記磁性細線が、画素を細線方向に区切る境界の１箇所以上で屈曲した細線形状に形成されていることが好ましい。
【００１８】
かかる構成により、パルス電流における電流停止時に磁性細線の括れた箇所または屈曲した箇所に磁壁が到達して停止するので、磁性細線において、書込領域で形成された磁区が設定された画素に到達するように移動させることが容易となり、正確に表示することができる。
【００１９】
さらに、本発明に係る空間光変調器は、前記画素アレイが磁気転写膜を磁性細線に接触させて備え、前記磁気転写膜を透過して前記磁性細線に光を入射させることが好ましい。
【００２０】
かかる構成により、空間光変調器は、ファラデー効果の大きい磁気転写膜を、磁性細線の光の入射側に接触させて備えるため、画素に入射した光が磁気転写膜を透過することにより、入射した光を大きく旋光させて出射する。
【００２１】
また、本発明に係る空間光変調器の画素駆動方法は、複数の画素を一列に配列して備えて前記配列方向に沿って細線状に形成された磁性体からなる磁性細線を複数並設して画素をマトリクス状に配列されてなる画素アレイとする空間光変調器において、前記画素アレイのそれぞれの画素を、当該画素の入力された２値のデータに基づき異なる２つの磁化方向のいずれかにする方法である。その方法は、前記磁性細線に備えられた複数の画素における配列された順に、１つの画素を選択する画素選択工程と、前記磁性細線を、前記複数の画素を備える領域とは細線方向に区切られて予め設けられた書込領域において、前記選択した１つの画素のデータに基づく磁化方向にする書込工程と、前記磁性細線に形成されている磁区を、前記書込領域から前記複数の画素を備える領域へ向けて細線方向に、前記画素の１つ分の長さの距離を移動させる磁区移動工程と、を順番に繰り返して、前記磁性細線に備えられたすべての画素をデータに基づく磁化方向にするものである。そのために、前記並設された複数の磁性細線のそれぞれについて、前記磁性細線に形成された磁区が当該磁区を区切る磁壁と共に断続的に移動するパルス電流を、当該磁性細線へその細線方向に供給することにより、前記パルス電流における電流停止時に前記画素選択工程と前記書込工程とを行い、前記パルス電流における電流供給時に前記磁区移動工程を行うことを特徴とする。
【００２２】
かかる手順により、マトリクス状に配列した画素アレイを行毎に１本の磁性細線で構成した空間光変調器について、磁性細線にパルス電流を供給し、設定された書込領域に画素を１つずつ順番にそのデータに基づく磁化方向にすることで、画素毎に配線を接続することなく、すべての画素を所望の磁化方向にすることができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る空間光変調器の画素駆動方法は、前記書込工程を配列された画素の１番目について行う前に、磁性細線の少なくとも書込領域から画素領域が設けられた側の反対側の端までを２つの磁化方向の一方にする初期化工程を行って、前記書込工程のそれぞれにおいて、選択した１つの画素のデータに基づく磁化方向が前記一方の磁化方向と同じである場合は磁性細線の磁化方向を変化させないようにしてもよい。
【００２４】
かかる手順により、最初に１回の初期化工程を行うことで、書込工程においては、磁性細線の書込領域を２つの磁化方向の他方にのみすればよく、簡易な構造とした空間光変調器について、多くの時間を要しないで、磁性細線の画素をデータに基づく磁化方向にすることができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る空間光変調器の画素駆動方法は、２以上の磁性細線について、共通のパルス電流を供給し、前記工程のそれぞれを並行して行うことが好ましい。
【００２６】
かかる手順により、画素アレイのすべての画素を所望の磁化方向にすることに要する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る空間光変調器によれば、画素の開口率が高く、容易に製造可能な空間光変調器とすることができる。また、本発明に係る空間光変調器の画素駆動方法によれば、前記空間光変調器について、所望の画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る空間光変調器の構成を説明する磁性細線の斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る空間光変調器の光変調部の平面図である。
【図３】本発明に係る空間光変調器を用いた表示装置の構成を説明する模式図で、図２の水平方向に沿った断面図に対応する図である。
【図４】第１実施形態に係る空間光変調器の光変調部の構成を説明するための磁性細線の細線方向における断面図であり、（ａ）は上向きの磁化方向への書込時の模式図、（ｂ）は磁区の移動時の模式図、（ｃ）は下向きの磁化方向への書込時の模式図を示す。
【図５】第１実施形態に係る空間光変調器の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る空間光変調器において、画像データに基づいて画像を表示する動作を説明する図であり、（ａ）は画像、（ｂ）は画像データ、（ｃ）は画素列データ、（ｄ）は画素アレイである。
【図７】第１実施形態に係る空間光変調器における画素駆動方法を説明するフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係る空間光変調器における画素駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【図９】第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部の平面図である。
【図１０】第２実施形態に係る空間光変調器の構成を示すブロック図である。
【図１１】第２実施形態に係る空間光変調器における画素駆動方法を説明するフローチャートである。
【図１２】第２実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部の別の構成を説明するための磁性細線の細線方向における断面図であり、（ａ）は上向きの磁化方向への書込時の模式図、（ｂ）は下向きの磁化方向への書込時の模式図を示す。
【図１３】第３実施形態に係る空間光変調器の光変調部の構成を説明するための磁性細線の細線方向における断面図である。
【図１４】第４実施形態に係る空間光変調器の光変調部の構成を説明するための磁性細線の細線方向における断面図であり、（ａ）は初期化時の模式図、（ｂ）は上向きの磁化方向への書込時の模式図、（ｃ）は磁区の移動時の模式図を示す。
【図１５】第４実施形態に係る空間光変調器における画素駆動方法を説明するフローチャートである。
【図１６】実施例の光変調部のサンプルの磁気力顕微鏡像写真であり、磁性細線の幅が、（ａ）は１５０ｎｍ、（ｂ）は２５０ｎｍ、（ｃ）は５００ｎｍである。
【図１７】従来の磁性細線を画素に適用した空間光変調器の構成を示す平面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係る空間光変調器を実現するための形態について、図を参照して説明する。本明細書の図を参照した説明において、横（水平）および縦（垂直）とは平面図における方向を指す。
【００３０】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る空間光変調器１０は、図１に示すように、横方向に延設されたストライプ状の磁性細線１と、それぞれの磁性細線１の両端に接続して当該磁性細線１へ走査電流源８にてパルス電流を供給する走査電流供給部（電流供給手段）８０（図５参照）と、それぞれの磁性細線１について当該磁性細線１の限定された領域（書込領域１ｗ）における磁化方向を上向きおよび下向き（所定の一方向およびその反対方向の異なる２方向）のいずれかにするデータ書込部（書込手段）５０と、を備える。空間光変調器１０は、図５に示すように、走査電流供給部８０およびデータ書込部５０の動作を制御する制御部９０をさらに備える。
【００３１】
本実施形態に係る空間光変調器１０は、図２に示すように、基板２上に並設された８本の磁性細線１を光変調部２０として備える。磁性細線１は、細線方向に所定の単位長さＬbで区切られた領域を１つの画素４として、一列（一行）に配列された８個の画素４を細線方向に連続して備え、この画素４毎に前記いずれかの磁化方向を示す。すなわち磁性細線１は、磁区が細線方向に分割されて形成されている。また、磁性細線１において、すべての（本実施形態では８個の）画素４が設けられた領域を画素領域１ｐｘと称する。そして、光変調部２０は、磁性細線１を８本備えるので、８列×８行の６４個のマトリクス状に配列された画素４（画素アレイ４０）を備えていることになる。本明細書において、光変調部２０（画素アレイ４０）は行方向（横方向）を磁性細線１の細線方向としているが、行と列とを入れ替えた構成にしてもよい。なお、一般的な空間光変調器の画素アレイは、例えばフルハイビジョンでは水平（横）方向１９２０×垂直（縦）方向１０８０の約２０７万画素であるが、本明細書では簡略化して説明するために８列×８行で構成する。
【００３２】
ここで、画素４は、図２において破線枠で示すように、磁性細線１，１間の空隙（絶縁層６）を含めた領域であるが、適宜、磁性細線１の単位長さＬbで区切られた領域を指す。また、一般的に画素とは１個で色調および階調を表示可能な最小単位であり、例えばフルカラー（ＲＧＢ３色×２５６階調）表示をするために１画素で２４ビットの多数の情報を有するが、本明細書における画素とは、空間光変調器による表示の最小単位での情報として明／暗の２値（１ビット）を提示する手段を指す。
【００３３】
（空間光変調器の光変調動作）
本発明に係る空間光変調器の光変調動作を、図３を参照して、この空間光変調器を用いた表示装置にて説明する。表示装置は、図１７に示す従来の空間光変調器１００を用いたものや、スピン注入磁化反転素子を光変調素子としたものと同様の構成とすればよい。本実施形態に係る空間光変調器１０は反射型であり、また、その光変調部となる磁性細線１が垂直磁気異方性材料からなり磁化方向が上向きまたは下向きを示すため、表示装置は以下の構成とすることが好ましい。空間光変調器１０の画素アレイ４０の直上には、画素アレイ４０に向けて光（レーザー光）を照射する光源等を備える光学系ＯＰＳと、光学系ＯＰＳから照射された光を画素アレイ４０に入射する前に１つの偏光成分の光（１つの向きの偏光、以下、適宜偏光という）にする偏光子ＰＦｉと、この上方から画素アレイ４０に入射する偏光（入射偏光）を透過させ、かつ画素アレイ４０で反射して出射した光を側方へ反射するハーフミラーＨＭと、が配置される。そして、画素アレイ４０の上方の前記ハーフミラーＨＭの側方には、ハーフミラーＨＭで反射して到達した光から特定の偏光成分の光を遮光する偏光子ＰＦｏと、偏光子ＰＦｏを透過した光を検出する検出器ＰＤとが配置される。
【００３４】
光学系ＯＰＳは、例えばレーザー光源、およびこれに光学的に接続されてレーザー光を画素アレイ４０の全面に照射する大きさに拡大するビーム拡大器、さらに拡大されたレーザー光を平行光にするレンズで構成される（図示省略）。光学系ＯＰＳから照射された光（レーザー光）は様々な偏光成分を含んでいるため、この光を画素アレイ４０の手前の偏光子ＰＦｉを透過させて、１つの偏光成分の光（偏光）にする。偏光子ＰＦｉ，ＰＦｏはそれぞれ偏光板等であり、検出器ＰＤはスクリーン等の画像表示手段である。
【００３５】
光学系ＯＰＳは、平行光としたレーザー光を、画素アレイ４０へ膜面に垂直に（入射角０°で）入射するように照射する。レーザー光は偏光子ＰＦｉを透過して偏光（入射偏光）となり、ハーフミラーＨＭを透過して画素アレイ４０の上方からすべての画素４すなわち磁性細線１に向けて入射する。入射偏光は、磁性細線１で反射して、画素アレイ４０から出射偏光として出射する。入射角０°であることから、出射偏光は入射偏光と同一の光路となる。そこで、偏光子ＰＦｉと画素アレイ４０との間に画素アレイ４０に対して４５°傾斜させたハーフミラーＨＭを配置して、出射偏光を側方へ反射させることで、出射偏光だけを偏光子ＰＦｏに到達させる。偏光子ＰＦｏはすべての出射偏光のうちの特定の偏光を遮光し、偏光子ＰＦｏを透過した光が検出器ＰＤに入射する。なお、入射偏光を傾斜させて画素アレイ４０に入射し（入射角＞０°）、出射偏光と光路が重複しないようにして、ハーフミラーＨＭを配置しない構成としてもよい。ただし、入射方向が磁化方向に平行に近いほど磁気光学効果が高いので、入射角は３０°程度以内とすることが好ましい。
【００３６】
光は、磁性細線１で反射したときまたは透過したときに、その偏光の向きが、磁気光学効果により、当該磁性細線１の光が入射した領域における磁化方向に対応して一方向およびその反対方向に同じ角度で回転する（旋光する）。図３においては、光は磁性細線１で反射したときのカー効果により角度θkで旋光し、上向きの磁化方向を示す領域で反射した光は＋θk、下向きの磁化方向を示す領域で反射した光は−θk旋光する。偏光子ＰＦｏは、入射偏光に対して−θk旋光した光を遮光するものとする。そのため、下向きの磁化方向の領域（磁区）で反射した出射偏光は、偏光子ＰＦｏで遮光され、一方、上向きの磁化方向の磁区で反射した出射偏光は、偏光子ＰＦｏを透過して検出部ＰＤに照射される。したがって、１本の磁性細線１から出射した光は、当該磁性細線１に形成された磁区毎に明暗（白黒）に切り分けられたパターンとなって検出部ＰＤへ表示される。したがって、１本の磁性細線１において、その細線方向に区切られた画素４毎に上向きまたは下向きのいずれか所望の磁化方向として、磁区を形成することで、画素毎に明／暗（白／黒）を切り分けられた画像を表示することができる。
【００３７】
従来の空間光変調器１００（図１７参照）等においては、光変調動作を行う磁性体（光変調素子）は画素毎に分離されて備えられる。したがって、すべての光変調素子（磁性細線１０１）が異なる組合せの一対の電極に接続されるように、電極１３１，１３２を画素アレイ１４０の横、縦の格子状の配線として設けることで、画素１０４毎に所望の磁化方向にすることを可能としている。これに対して、本発明に係る空間光変調器１０においては、図２に示すように、磁性体（磁性細線１）は、横（行方向）に連続した細線状であって複数の画素４に共有され、縦（列方向）にのみ１画素ずつ分離されている。したがって、同じ行の画素４同士では１本の磁性細線１の両端にて共通の電流を供給される。以下、行方向に連続して一体の磁性体で構成された画素であって、画素間に配線がなくても、画素毎に所望の磁化方向にすることが可能な空間光変調器１０について、詳細に説明する。
【００３８】
（磁性細線）
磁性細線１は、磁性体を厚さおよび幅に対して十分に長い細線状に形成してなる。図２に示すように、光変調部２０において、磁性細線１，１，…は、平面視で絶縁層６を挟んで互いに平行に、基板２上に形成されている。前記した通り、磁性細線１は画素４となる領域を含み、所定数（８個）の画素４が細線方向に連続して設けられた画素領域１ｐｘが光変調を行う部分である。画素領域１ｐｘは磁性細線１における光の入射領域であり、画素領域１ｐｘに入射した光が磁性細線１を透過または反射して出射すると、画素４毎に当該画素４における磁化方向に対応して異なる２つの角度のいずれかで旋光した光に変調される。また、磁性細線１は、画素領域１ｐｘの外（図２では画素領域１ｐｘの左側）の細線方向に区切られた領域に、書込領域１ｗが設けられている。書込領域１ｗは、データ書込部５０により、磁性細線１に設けられた画素４の１つと同じ磁化方向に変化させる領域である。磁性細線１は、ある画素４の上向きまたは下向きの磁化方向と同じ磁化方向の磁区を書込領域１ｗに形成され、この磁区が細線方向に移動されて画素領域１ｐｘの前記画素４に到達することで当該画素４が所望の磁化方向となる。本実施形態において、このような動作（画素の駆動）は、図１に示すようにそれぞれの磁性細線１について並行して実行される。
【００３９】
磁性細線１は、垂直磁気異方性の磁気光学材料で形成される。このような材料として、公知の強磁性材料を適用でき、具体的には、Ｃｏ等の遷移金属とＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとを繰り返し積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜のような多層膜、またＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｆｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ−ＴＭ合金）が挙げられる。これらの材料はスパッタリング法等の公知の方法により成膜され、フォトリソグラフィおよびエッチングまたはリフトオフにより、以下の細線形状に成形されて磁性細線１となる。本実施形態においては、磁性細線１は垂直磁気異方性材料であるので、異なる２つの磁化方向とは、図１および図３に示すように上向きまたは下向きのいずれかを指す。
【００４０】
磁性細線１は、厚さ（膜厚）７０ｎｍ以下、幅３００ｎｍ以下であれば、形成時（製造時）に、細線方向に磁区が分割され易いので、好ましい。また、前記した磁区の移動は磁性細線１に電流を細線方向に供給することでなされ、その移動速度は断面積あたりの電流密度に比例して速くなるため、磁性細線１の厚さおよび幅（断面積）が小さいほど、小さい電流で磁区を高速で移動させることができる（後記参照）。なお、磁性細線は、厚さや幅が前記範囲よりも大きい場合、幅方向等にも磁区が分割されて複数形成される場合があるが、予め外部磁界を印加しておくことで、細線方向のみに磁区が分割された状態にすることができる。ただし、磁性細線１が薄いと入射した光が透過し易いため、反射型の空間光変調器１０においては、磁性細線１は材料にもよるが厚さ３０ｎｍ程度以上とすることが好ましい。あるいは、基板２上にＡｌ，Ｔａ，Ａｇ等の非磁性金属からなる反射層を設けて、光を透過するように厚さ３００ｎｍ程度以下のＳｉＯ2等の絶縁層を介して、磁性細線１を形成してもよい（図示せず）。この場合は、磁性細線１を透過した光がさらに絶縁層を透過して反射層で反射して、再び絶縁層および磁性細線１を透過して出射する。したがって、旋光角を大きくするために磁性細線１は光を透過させる範囲で厚いことが好ましい。一方、後記するように、磁性細線１を書込領域１ｗにおいてスピン注入磁化反転させるためには、厚さ５〜３０ｎｍとすることが好ましい。また、入射光（図３に示すレーザー光）の波長にもよるが、磁性細線１，１ピッチ（画素ピッチ）は２００ｎｍ程度以上とすることが好ましく、磁性細線１の幅は１００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。
【００４１】
磁性細線１における画素４の細線方向長さ（単位長さＬb）は、磁性細線１，１ピッチと同様に入射光の波長によって設定され、２００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。一方、単位長さＬbが長くなると磁区を移動させる距離が長くなって画素アレイ４０の画像の表示に要する時間（応答時間）が長くなる。また、画素４に到達する磁区は書込領域１ｗにて形成されることから、単位長さＬbは後記の書込領域１ｗの細線方向長さ以下となる。以上より、磁性細線１の細線方向長さは、画素４の個数（本実施形態では８個）分すなわち画素領域１ｐｘと、書込領域１ｗと、さらに両端の電極３１，３２の接続のための領域と、を少なくとも要する。
【００４２】
書込領域１ｗは、磁性細線１をこの領域に限定して当該磁性細線１に設けた各画素４と同じ磁化方向に変化させるために設定された細線方向に区切られた領域である。したがって、少なくともこの領域においては、磁性細線１を、上向きまたは下向きの所望の磁化方向に変化させる（適宜、書込をする、という）ことを可能にするため、書込方式に対応した構造とする。書込領域１ｗの細線方向長さは、単位長さＬb以上であればよく、書込方式や加工精度等に対応したものとすればよい。また、磁性細線１における書込領域１ｗの位置は、画素領域１ｐｘの外であって後記の磁区（および磁壁）の移動方向に対して後側であればよく、さらにデータ書込部５０等が画素領域１ｐｘへの光の入出射を妨げることがないようにすればよい。
【００４３】
本実施形態においては、書込方式としてスピン注入磁化反転が適用される。書込領域１ｗにスピン注入磁化反転素子構造を形成することで、磁性細線１をスピン注入磁化反転にて所望の磁化方向にすることができる。詳しくは、図４（ａ）に示すように、磁性細線１を、書込領域１ｗにおいて磁化固定層５１に中間層５２を介して積層してスピン注入磁化反転素子の磁化自由層とし、このスピン注入磁化反転素子構造へ電流を膜面垂直方向に流すための一対の電極３４，３３を上下に接続する。本実施形態では磁化固定層５１、中間層５２、磁性細線１（磁化自由層）の積層順としているが、上下逆順に積層した構造でもよい。スピン注入磁化反転素子構造は、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子等の公知の素子である。磁化固定層５１は、磁性細線１と同様に強磁性の垂直磁気異方性材料とし、磁性細線１の書込領域１ｗにおける保磁力よりも大きくなるような材料または厚さ等とし、その磁化方向を上向きまたは下向きの一方に固定する（図４では下向きの磁化方向）。中間層５２は、Ｃｕ等の非磁性導体またはＭｇＯ等の絶縁体からなる。また、下部電極３３および上部電極３４は、後記の正電極３１および負電極３２と同様の金属電極材料を適用できる。また、前記した通り、書込領域１ｗの細線方向長さは単位長さＬb以上とするため、２００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。一方、スピン注入磁化反転素子構造は、好適にスピン注入磁化反転可能とするために、平面視で一辺が３００ｎｍ程度以下の正方形またはこれに相当する面積であることが好ましい。したがって、書込領域１ｗの細線方向長さは、磁性細線１の幅にもよるが、３００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４４】
書込領域１ｗをこのような構成とすることで、上向きまたは下向きに電流を供給されることにより、磁性細線１を書込領域１ｗにおいて磁化固定層５１の磁化方向と同じ方向または反対方向の磁化方向にすることができる。例えば図４（ａ）では、電流を下部電極３３から上部電極３４へ、上向きに供給された結果、電流の供給前には（以下、初期状態と称する）磁化方向が下向きを示していた磁性細線１を、書込領域１ｗにおいて上向きに反転させている。
【００４５】
図１および図４に示すように、本実施形態において磁性細線１は、画素領域１ｐｘにおいて、上面に局所的に薄くなるように凹部１ｃ０，１ｃ１，…（適宜まとめて凹部１ｃと表す）が形成されている。このような断面積（細線方向に垂直な断面）が局所的に小さい箇所には磁壁が生成され易いため、磁性細線１は凹部１ｃを形成した箇所で区切るように磁区が形成された状態になり易い。また、磁性細線１への電流の供給を停止した時に磁壁が凹部１ｃに係止（トラップ）され易いため、パルス電流における停止時（ベース期間）に近傍に到達していた磁壁が凹部１ｃまで移動してから静止する。したがって、磁性細線１の画素４を区切る境界に凹部１ｃが形成されていることにより、後記するように、書込領域１ｗに形成した磁区を各画素４に正確に到達させ易くなる。磁性細線１において磁壁を係止させるためには、断面積が局所的に小さく、すなわち括れた形状に形成されていればよいので、凹部１ｃに限られず、例えば平面視で幅狭となるように側面を凹ませた括れが形成されてもよい（図示せず）。そして、磁性細線１において、凹部１ｃ等の括れた箇所は、磁壁を好適に係止させるためには、その幅または厚さが他の部分に対して断面積で９８％以下になるように狭くまたは薄くすることが好ましい。ただし、括れた箇所での断面積が小さくなると、磁性細線１にパルス電流を供給する際の抵抗が増大するため、６０％以上にすることが好ましい。
【００４６】
また、凹部１ｃは、例えば画素領域１ｐｘの端部（図４（ｃ）の凹部１ｃ０，１ｃ８）等の１箇所または２箇所に形成されてもよいが、隣り合う画素４，４同士で同じデータが連続すると間に磁壁が生成しないため、画素４の所定数毎に形成されることが好ましく、すべての画素４の境界に形成されることが最も好ましい。また、括れ（凹部１ｃ）の形状は、磁壁を係止する効果を揃えるために同じとすることが好ましい。また、画素領域１ｐｘの外の、書込領域１ｗとの間にも凹部を形成して、例えば書込領域１ｗでの磁区の形成に伴って生成した磁壁が、単位長さＬbの距離をシフト移動して到達する位置（図４（ｂ）における磁壁ＤＷ１の静止位置）に係止させるようにしてもよい。なお、前記した通り、磁壁の移動速度は細線方向に垂直な断面における電流密度に比例するが、凹部１ｃによる断面の狭い領域は磁性細線１全体に比して僅かであり、一定の電流を供給されているときの磁性細線１における磁壁の移動速度は一定であるとみなすことができる。
【００４７】
（電極）
正電極３１および負電極３２は、一対の電極として磁性細線１にその細線方向の一方向に電流を供給するための端子であり、図２および図４に示すように磁性細線１の両端に接続される。本実施形態では図４に示すように、電極３１，３２は共に磁性細線１の上面に接続されているが、磁性細線１における接続面はこれに限られず、例えば下面に接続されてもよい。また、図２に示すように、本実施形態では、磁性細線１のそれぞれに電極３１，３２が一対ずつ接続されているが、例えば８本すべての磁性細線１を並列に接続するように、図２における縦方向に延設した電極３１，３２としてもよい（図示せず）。電極３１，３２は、Ｃｕ，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｗ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等の金属やその合金のような一般的な金属電極材料からなり、スパッタリング法等により成膜、フォトリソグラフィ等によりストライプ状に成形される。また、電極３１，３２の厚さ、幅および細線方向長さは、磁性細線１，１ピッチ（画素ピッチ）、材料や供給する電圧・電流等によって設定される。
【００４８】
（基板）
基板２は、磁性細線１等を所望の形状や位置に形成するための光変調部２０の土台であり、例えば表面を熱酸化したＳｉ基板等の公知の基板が適用できる。あるいは光変調部２０の下方から光を入射させる場合は、基板２は透明な材料からなり、例えば、ＳｉＯ2、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ガラス等の公知の透明基板材料が挙げられる。
【００４９】
（絶縁層）
絶縁層６は、光変調部２０における磁性細線１，１間、正電極３１，３１間および負電極３２，３２間、ならびに基板２と磁性細線１との間や磁性細線１の上に配される。絶縁層６は、例えばＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4，Ａｌ2Ｏ3等の公知の絶縁材料からなり、また光変調部２０の全体で同じ材料を適用しなくてもよい。
【００５０】
（走査電流供給部）
走査電流供給部８０は、図４（ｂ）に示すように、光変調部２０の各磁性細線１の両端に電極３１，３２を介して接続した走査電流源８をパルス電流源として備え、直流電流（走査電流Ｉscと称する）をパルス電流として、磁性細線１に正電極３１から負電極３２へ、すなわち細線方向の一方向に供給する。磁性細線１に走査電流Ｉscを正電極３１側から負電極３２側へ供給されると、その反対方向に磁性細線１中を流れる電子ｅ-により、磁壁が磁性細線１中を当該磁性細線１の負電極３２側から正電極３１側へ細線方向に沿って移動し、磁壁に区切られた磁区も共に移動する（図４（ｂ）参照）。したがって、磁性細線１の書込領域１ｗで形成された磁区は、細線方向に沿って画素領域１ｐｘへ移動する。さらに、走査電流Ｉscをパルス電流として供給することにより、磁区が磁性細線１中を断続的に移動するため、後記するように画素４の１個単位で移動して、画素領域１ｐｘにおける所定の画素４に到達させることができる。
【００５１】
走査電流供給部８０は、図１および図５に示すように、走査電流源８に光変調部２０の８本すべての磁性細線１をそれぞれの両端で並列に接続して、共通のパルス電流を同時に供給する。本実施形態に係る空間光変調器１０においては、すべての磁性細線１に共通のパルス電流を供給できればよく、走査電流供給部８０は、磁性細線１毎に走査電流源８を備えてもよい（図示省略）。直流パルス電流における走査電流Ｉsc（ピーク電流）は、電流密度：１０8〜１０13Ａ／ｍ2の範囲で、後記するように所望の速度で磁区が移動するように調整することが好ましい。また、直流パルス電流は、パルス幅（ピーク期間）ｔH：１ｐｓ〜１０μｓ、停止時間（ベース期間）ｔL：１０ｐｓ〜１０μｓの範囲で調整することが好ましく、パルス幅ｔHは磁区が移動速度に応じて所定の距離を移動する時間に設定し、停止時間ｔLは後記するデータ書込部５０による書込時間ｔW以上とする。
【００５２】
（データ書込部）
データ書込部５０は、図１および図５に示すように、光変調部２０の磁性細線１毎に設けられ、当該磁性細線１を書込領域１ｗにおいて所望の磁化方向にする。図４に示すように、データ書込部５０は、磁性細線１の書込領域１ｗに設けた電極３３，３４に接続する書込電流源５を備える。書込電流源５は、書込領域１ｗのスピン注入磁化反転素子構造に、直流の電流Ｉwを正負反転させて書込電流＋Ｉw，−Ｉwとして供給可能であり、データ書込部５０が制御部９０に制御されることで電流Ｉwをいずれか所望の向きで供給する。すなわち、書込電流源５は、供給停止（ＯＦＦ）状態を含めると＋Ｉw，０，−Ｉwの３出力を示す。このようなデータ書込部５０の動作は、現行の磁気ディスクへの記録に用いられる磁気ヘッドのコイルに供給される電流と同様に、複数のトランジスタで構成されたスイッチング回路を備える駆動回路（例えば、特開２００７−２３４１３６号公報の図２参照）により実現することができる。本実施形態においては、書込電流＋Ｉw，−Ｉwの大きさ（絶対値）は、磁性細線１を書込領域１ｗにおいてスピン注入磁化反転させる電流（スピン注入磁化反転電流）以上とする。
【００５３】
データ書込部５０は、電極３３，３４に接続する端子を光変調部２０に配置された磁性細線１のピッチに合わせて形成して、配線で電気的に接続するように書込電流源５を設ければよく、磁性細線１を狭ピッチとしても、すべての磁性細線１の書込領域１ｗに同時に書込を実行することができる。また、スピン注入磁化反転は極めて高速であるので、書込時間ｔW（書込電流源５の電流供給時間）は数十ｐｓ程度以上であればよい。また、書込電流は書込時間ｔWをパルス幅とするパルス電流として供給してもよい。
【００５４】
（制御部）
図５に示すように、制御部９０は、外部から入力された画像データ（図６（ｂ）参照）を１行分のデータに分割して画素列データ（図６（ｃ）参照）を生成する画素列データ生成部９９と、データ書込部５０に磁性細線１への画素列データの書込をさせる画素列制御部９，９，…と、を備える。したがって、画素列制御部９は、画素アレイ４０の行数すなわち磁性細線１の本数と同数の８つが備えられ、それぞれが特定の磁性細線１に書込をするデータ書込部５０を制御する。また、制御部９０はカウンタＴＣＮＴをさらに備えることで、画素列制御部９は、磁性細線１に走査電流供給部８０が供給するパルス電流に同期するように、データ書込部５０を制御する（詳細は後記する）。
【００５５】
（光変調部の製造方法）
空間光変調器１０の光変調部２０は、磁性細線１をリフトオフ法やダマシン法にて形成して製造できる。図４（ａ）に示す光変調部２０の製造方法の一例を以下に説明する。まず、基板２上に、書込領域１ｗを設ける位置に下部電極３３を金属電極材料で形成し、その上に磁化固定層５１および中間層５２のそれぞれの材料を連続的に成膜して、所望の形状に成形する。次に、基板２上に、ＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の絶縁膜をスパッタリング法等の公知の方法により成膜して、中間層５２の上面の高さまで埋め込む。次に、前記絶縁膜（絶縁層６）上および中間層５２上にレジストマスクパターンを形成し、磁性材料をスパッタリング法等にて成膜し、レジストを除去して、ストライプ状の磁性細線１，１，…を形成する。そして、それぞれの磁性細線１の表面に、凹部１ｃを形成する。あるいは、レジストマスクパターンにより幅狭の括れ部を備えた平面視形状の磁性細線１とする。次に、磁性細線１上の当該磁性細線１の両端近傍および書込領域１ｗに、金属電極材料で電極３１，３２および上部電極３４を形成する。最後に、電極３１，３２，３４上を除いて絶縁膜（絶縁層６）で表面を被覆し、書込領域１ｗにおいて基板２を裏面から除去して下部電極３３を露出させる。
【００５６】
磁性細線１をダマシン法にて形成する場合は、基板２上に絶縁膜を成膜するとき、磁性細線１の上面の高さまで成膜し、この絶縁膜に電子線リソグラフィおよびイオンミリングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のエッチングで磁性細線１，１，…の形状の溝を形成して絶縁層６とする。この絶縁層６の上に磁性材料をスパッタリング法等の成膜方法にて溝に堆積させた後、表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研磨）等で溝内以外の磁性材料を除去して磁性細線１，１，…とする。
【００５７】
［画素駆動方法］
次に、本発明に係る空間光変調器を動作（光変調）させる前に、画像データに基づいて画素アレイ４０のそれぞれの画素４を所望の磁化方向にする方法（画素駆動方法）を、図５〜図８および適宜図４を参照して説明する。第１実施形態に係る空間光変調器１０における画素の駆動方法は、図１に示すように、走査電流源８に並列に接続された磁性細線１，１，…にパルス電流を供給して磁区を断続的にシフト移動させながら、それぞれの磁性細線１の書込領域１ｗへデータ書込部５０にて書込をするものである。
【００５８】
（画像データ）
第１実施形態に係る空間光変調器１０における画素の駆動方法は、例えば外部のデータベースＤＢに記憶されている動画データについて、１画面（フレーム）ずつの画像データが、図５に示すように制御部９０に入力されて、画素アレイ４０により画像を表示するまでの手順である。図６（ｂ）に示すように、画像データＦ１は、黒く表示する画素を“１”に、白く表示する画素を“０”に表したデータ（画素データ）を横（列方向）に８個並べて、４桁のデータからなる行アドレスを付した１２桁のデータを８行並べてなる。このような画像データＦ１は、一例として、オリジナルの画像（図示省略）を、空間光変調器１０の画素アレイ４０の構成に合わせて、水平方向Ｎh列×垂直方向Ｎv行（８列×８行）のビットマップデータの画像（図６（ａ）参照）に変換して、黒を“１”に、白を“０”に変換して並べて生成することができる。また、このような画像データ生成機能を空間光変調器１０に内蔵してもよい。
【００５９】
（画像データの入力、画素列のデータ生成）
図５に示すように、制御部９０は、外部のデータベースＤＢに画像データの出力命令を送信し、この命令を受信したデータベースＤＢが画像データＦ１の信号を出力することにより、画像データＦ１が制御部９０に入力される（図７における工程（以下省略）Ｓ１０，Ｓ２０）。そして、制御部９０において、画素列データ生成部９９が画像データＦ１を１行ずつに分割し、Ｎh（＝８）個のデータからなるＮv（＝８）本の画素列データを生成する（Ｓ３１）。画素列データは１本ずつ、行アドレスに基づく画素列制御部９へ分配、出力される（Ｓ３２）。次に、制御部９０は、走査電流供給部８０へ、磁性細線１へのパルス電流の供給を開始するように命令を送信して、走査電流供給部８０が走査電流源８をＯＮにしてパルス電流の供給を開始する（Ｓ５０）。走査電流供給部８０は、さらにパルス電流と同じタイミングのパルス信号を制御部９０に出力する。そして、制御部９０は、画素４（磁性細線１）への画素列データ書込工程Ｓ６０を開始する。
【００６０】
（画素列データ書込）
画素列制御部９は個別の画素列データを入力され（Ｓ６１）、一方、走査電流供給部８０へのパルス電流の供給開始命令の送信に伴い、カウンタＴＣＮＴはカウントを１から開始する（Ｓ６２）。そして、画素列制御部９は、画素列データにおけるカウント値ｉと同じ１番目のデータをデータ書込部５０へ出力する。データ書込部５０は、２値のデータ“０”または“１”を入力されると、磁性細線１の書込領域１ｗへの書込をする（Ｓ６３）。次に、パルス電流における１回目のパルス幅ｔHの電流供給にて、磁性細線１において、形成されている磁区を単位長さＬbの距離だけシフト移動させる（Ｓ６４）。本実施形態では、単位長さＬbの距離だけシフト移動させるために必要な電流供給時間（移動時間）ｔSCをパルス幅ｔHとする。次にカウント値ｉを判定し（Ｓ６５）、Ｎh（＝８）に到達するまでカウントを１ずつ増やしながら（Ｓ６６）、データ書込（Ｓ６３）と磁区のシフト移動（Ｓ６４）とを繰り返す。
【００６１】
ここで、磁性細線１へのデータ書込（Ｓ６３）、および磁区のシフト移動（Ｓ６４）について、図４および図７を参照して詳細に説明する。なお、図４においては、図４（ａ）にのみ基板２および絶縁層６を示し、図４（ｂ）、図４（ｃ）では省略するが、すべて同一の構造の光変調部２０を示している。ここでは、行アドレス（０）の画素列データ（図６（ｃ）参照）に基づき磁性細線１（１１）に書込をする方法を説明する。
【００６２】
画素列制御部９（９１）は前記画素列データを入力されてこれを図示しないメモリに一時的に格納し（Ｓ６１）、カウント開始（Ｓ６２：ｉ＝１）を受けて、格納している画素列データの１番目のデータ“０”をデータ書込部５０へ出力する。データ書込部５０は、データ“０”を入力されると、内蔵する書込電流源５から書込電流＋Ｉwを所定の書込時間ｔW供給する。図４（ａ）に示すように、書込電流源５は、磁性細線１の書込領域１ｗに設けられたスピン注入磁化反転素子構造に電極３３，３４で接続されているので、磁性細線１の書込領域１ｗに上向きの、すなわち磁化固定層５１の側から膜面垂直方向に電流Ｉwが流れる。この電流Ｉwにより、磁性細線１は、書込領域１ｗにおいて、磁化固定層５１の磁化方向に対して反平行になるべくスピン注入磁化反転する。したがって、書込領域１ｗに磁化方向が上向きの磁区（磁区Ｄ０と称する。図４（ｂ）参照）が形成され、この磁区Ｄ０の両側を区切るように磁壁ＤＷ１，ＤＷ２が生成する（Ｓ６３）。なお、一般的に、磁壁の長さ（厚さ）は磁性細線の形状や大きさ（幅、厚さ、細線長）等にもよるが、５〜１００ｎｍ程度で、磁区の長さ（単位長さＬb）に対して極めて短い（狭い）が、図４においては磁壁を模式的に拡大して示す。
【００６３】
書込電流源５からの書込電流＋Ｉwの供給が停止した（ＯＦＦ）後、磁性細線１に、走査電流供給部８０からパルス電流における１回目の電流供給（１パルス）として走査電流Ｉscがパルス幅ｔHの時間だけ供給される。本実施形態においては、このようにパルス電流における１回目の電流供給が１番目のデータの書込の後に実行されるようにするために、図８に示すように待ち時間ｔhldを設けている。なお、パルス電流における１回目の電流供給の次に書込がされてもよい。図４（ｂ）に示すように、走査電流Ｉscを、磁壁ＤＷ１，ＤＷ２が単位長さＬbの距離だけ移動する時間ｔSC（＝パルス幅ｔH）磁性細線１に供給し、これに伴い磁壁ＤＷ１，ＤＷ２に挟まれた磁区Ｄ０も等距離移動、すなわちシフト移動する。したがって、磁区Ｄ０の少なくとも一部（単位長さＬbの長さ）が書込領域１ｗから退出する（Ｓ６４）。
【００６４】
パルス電流における電流停止（パルス信号の立下がり）に同期して、カウント値ｉを判定して１増やし（Ｓ６５：Ｎｏ，Ｓ６６：ｉ＝２）、２番目のデータ“１”の書込をする（Ｓ６３）。詳しくは、データ書込部５０が画素列制御部９からデータ“１”を入力されて、書込電流−Ｉwを書込電流源５から供給することにより、図４（ｃ）に示すように磁性細線１の書込領域１ｗに下向きの、すなわち磁化固定層５１の側へ膜面垂直方向に電流Ｉwが流れる。この電流Ｉwにより、磁性細線１は、書込領域１ｗにおいて、磁化固定層５１の磁化方向と平行になるべく、反平行の磁化方向を示す磁区Ｄ０が当該書込領域１ｗに限定してスピン注入磁化反転する。その結果、書込領域１ｗに存在していた磁壁ＤＷ２が消滅し、磁壁ＤＷ３が生成するので、１番目のデータ“０”の書込で形成された磁区Ｄ０は、細線方向長さがパルス電流の１パルス（走査電流Ｉscのパルス幅ｔH供給）による移動距離Ｌbとなる。そして、書込電流−Ｉwの供給が停止した後は、再び走査電流源８からパルス電流における次の１パルスとして走査電流Ｉscが磁性細線１に供給されて、磁壁ＤＷ１，ＤＷ３が単位長さＬbの距離だけ移動する（Ｓ６４）。
【００６５】
このように、走査電流供給部８０（走査電流源８）が供給するパルス電流（走査電流）と同期して、その停止時（ベース期間）に画素列制御部９は画素列データから順番に１個ずつデータをデータ書込部５０に出力し、データ書込部５０は２値のデータ“０”、“１”に基づいて書込電流＋Ｉw，−Ｉwを書込電流源５から供給する。したがって、磁性細線１に１個のデータに基づく書込を実行する度、その後に、形成された磁区Ｄ０等がすべて単位長さＬbの距離だけシフト移動する。そのため、隣り合う画素４，４同士で同じデータであって間に磁壁が生成していない場合でも、書込をされた領域はすべて書込領域１ｗから画素領域１ｐｘに向かって移動することになる。また、データ書込部５０が書込電流を供給する時期は、必ず走査電流源８からのパルス電流における停止時間（ベース期間）中にして、磁性細線１が走査電流源８、書込電流源５の両方から同時に電流を供給されることがないように、制御部９０がデータ書込部５０を制御する。したがって、前記した通り、パルス電流における電流の停止時間ｔLは、書込電流源５による磁性細線１の書込（スピン注入磁化反転）に要する時間（電流供給時間）ｔW以上とする。
【００６６】
そして、磁性細線１に画素列データの最後のすなわちＮh（＝８）番目のデータ“０”に基づく書込がされた（Ｓ６３）後の磁区のシフト移動（Ｓ６４）の次のカウント値ｉの判定で、画素列データ書込工程Ｓ６０におけるＳ６３〜Ｓ６６の繰り返しから抜ける（Ｓ６５：Ｙｅｓ）。この時点で、磁性細線１において、最後のデータに基づく書込がされた領域は、書込領域１ｗを退出しているが、画素領域１ｐｘには到達していない。そこで、この領域が画素領域１ｐｘに到達するまで、さらにパルス電流の供給による磁区のシフト移動を行う（Ｓ７０）。本実施形態では、書込領域１ｗと画素領域１ｐｘとの間が単位長さＬbの２倍であるため、図８に示すように２回のパルス電流の供給を行う。最後に、走査電流供給部８０へパルス電流の供給を停止するように命令を送信して、走査電流供給部８０が走査電流源８をＯＦＦにしてパルス電流の供給を停止する（Ｓ８０）。これにより、図３に示すように、磁性細線１は、画素列データのすべてのデータが単位長さＬbずつの領域で連続して書込をされて、さらにこの書込をされた領域がすべて画素領域１ｐｘに到達しているので、画素４毎に黒または白のパターンが表示される（図６（ｄ）参照）。
【００６７】
磁性細線１は、供給される電流の大きさが一定であれば磁壁の移動速度も一定であるので、ピーク電流Ｉscおよびパルス幅ｔHが一定のパルス電流により、単位長さＬbの距離ずつ断続的に磁区を移動させることができる。しかし、電流の大きさやパルス幅等の誤差により１回の移動距離が僅かにずれて、この微小ずれが累積されると、画素列データのすべてのデータの書込が完了し（Ｓ６５：Ｙｅｓ）、さらに磁区のシフト移動（Ｓ７０）を完了した段階で、書込で形成された磁区が、データに対応する画素４の位置から大きくずれて、正確に表示されなくなる虞がある。このような磁区の位置ずれを防止するために、前記した通り、磁性細線１は、画素４を区切る境界に凹部１ｃのような括れが形成されている。パルス電流における電流停止時の度に、いずれかの凹部１ｃの近傍に到達していた磁壁が当該凹部１ｃで係止され、それに伴いこの磁壁で区切られた磁区もシフト移動するため、磁区の位置の誤差が補正される。パルス電流の調整等により磁性細線１での磁区の位置を十分に制御可能である、あるいは要求される磁区の画素に対する位置精度が粗い等の場合は、磁性細線１は凹部１ｃのような括れを形成されなくてもよい。
【００６８】
なお、磁性細線１において、これらの動作による磁壁の位置の固定後は、それぞれの磁壁を挟んだ２つの磁区のそれぞれで磁性細線１の保磁力により磁化が保持される。したがって、磁性細線１に新たに電流の供給や外部磁界の印加を行うまでは磁区の移動や大きさ（細線方向長さ）の変化、消失は起こらず、書込で形成された磁区は所定の画素４の位置で静止した状態を維持する。また、図４では、全体が下向きの磁化方向を示す初期状態の磁性細線１に書込をしたが、既に画像データ（画素列データ）の書込がされた磁性細線１に新たな画像データの書込をする場合も同様である。この書込において、前の画像データに基づく磁区は、磁区のシフト移動により磁性細線１の終端（正電極３１側の端）まで到達すると消失する。
【００６９】
本実施形態においては、データ書込（Ｓ６３）は、カウンタＴＣＮＴによりすべての画素列制御部９において同時に実行される。したがって、走査電流供給部８０の１つの直流パルス電流源（図示省略）から、すべての磁性細線１に並列にパルス電流を供給して、同時に磁区のシフト移動を行うことができる。さらに、それぞれの磁性細線１に凹部１ｃが形成されていることで、共通のパルス電流を供給されても磁区の移動における位置ずれが防止できる。そのため、タイミングチャートは図８に示す通りとなる。このように、すべての磁性細線１について並行して同時にデータの書込および磁区の移動を行うことで、画素アレイ４０に１つの画像データを表示可能とする作業に要する時間は、前記の１本の磁性細線１の画素領域１ｐｘに画素列データの書込をする作業に要する時間と同じとなり、短時間での表示切替が可能となる。特に、画素アレイ４０に新たな１つの画像データを表示可能とするために表示が変化する時間または表示されない時間、すなわち応答時間（図８参照）は、長くなると、動画の表示に残像が視認されるようになって好ましくないため、空間光変調器においては応答時間をより短縮することが要求される。
【００７０】
画素アレイ４０に画像データＦ１による画像を表示可能となった後は、次のフレームの画像データの出力をデータベースＤＢに要求し（Ｓ１０）、再び画素アレイ４０による表示を可能とする。この画像データ出力命令送信（Ｓ１０）は、外部信号や制御部９０に内蔵する発振器等により、例えば１／６０秒間毎に行うように設定することができる。また、画像データが入力されなかった場合（Ｓ２０：Ｎｏ）は、作業を終了するように設定すればよい。このような構成とすることで、空間光変調器１０は、光変調部２０が簡易な構造であっても高精細な画像を高速で表示することができる。
【００７１】
本実施形態では、走査電流供給部８０が供給するパルス電流を基準として、制御部９０がこのパルス電流と同じタイミングのパルス信号と同期するように制御する構成としたが、反対に、例えば制御部９０が発振器を内蔵してパルス信号を出力し、走査電流供給部８０がこのパルス信号に同期するパルス電流を供給する構成としてもよい。
【００７２】
図８では、パルス電流について、パルス幅ｔHと停止時間ｔLを同じ時間すなわちデューティ比５０％として示しているが、これに限らず、前記の範囲（パルス幅ｔH：１ｐｓ〜１０μｓ、停止時間ｔL：１０ｐｓ〜１０μｓ）でそれぞれ調整可能である。例えば周期（ｔH＋ｔL）あたりのパルス幅ｔHを長くする（デューティ比５０％超）ことで、磁区を単位長さＬb移動させるためのパルス電流の周期が短くなって、その結果、応答時間を短くすることができる。また、本実施形態では、移動時間ｔSCをパルス幅ｔHとして、磁区を、パルス電流における１回の電流供給すなわち１周期で単位長さＬbの距離を移動させるとしたが、これに限らず２回以上の所定回数の電流供給で断続的に移動させてもよい。この場合は、パルス電流の前記所定回数の周期につき１回の停止時間に、書込電流源５が電流を供給するように制御する。
【００７３】
本実施形態に係る空間光変調器１０は、上方から入射した光を磁性細線１の表面で反射させて出射する反射型の空間光変調器であるが、透過型の空間光変調器としてもよい。この場合は、基板２に透明基板材料を適用し、また磁性細線１を薄く形成して光を透過し易くするか、磁性ガーネットのような透過率の高い材料で形成する。表示装置においては、画素アレイ４０の直上に光学系ＯＰＳおよび偏光子ＰＦｉが、直下に偏光子ＰＦｏおよび検出器ＰＤが配置され、またハーフミラーＨＭは不要である（図示省略）。
【００７４】
また、磁性細線１は面内磁気異方性材料を適用してもよい。面内磁気異方性材料には、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｃｏから選択される遷移金属やＮｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ，Ｃｏ−Ｃｒ等の遷移金属合金、あるいはＣｏ−Ｐｔ等のＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとの合金が挙げられ、垂直磁気異方性材料の多層膜よりも成膜が容易である。磁性細線１が面内磁気異方性材料からなる場合は、磁性細線１の磁化方向は細線方向に沿った向きとなる（図１７参照）ので、磁性細線１の細線方向により平行に近い方向に沿って光を入射することが好ましい。ただし、入射方向は磁性細線１の細線方向と平行に近付き過ぎるとそれぞれの画素４に光が入射することが困難となるので、入射角が８０°程度以内となるように、磁性細線１の細線方向に対して１０°〜６０°程度の角度の方向とすることが好ましい。したがって、磁性細線１が面内磁気異方性材料からなる空間光変調器においては、入射角３０°〜８０°程度の範囲となるように入射偏光の入射方向を傾斜させるため、入射偏光および出射偏光のそれぞれの光路に合わせて、光学系ＯＰＳや偏光子ＰＦｉ，ＰＦｏ等が配置される（図示省略）。
【００７５】
（変形例）
第１実施形態の変形例に係る空間光変調器について、図９を参照して説明する。第１実施形態の変形例に係る空間光変調器は、光変調部２０Ａ以外の要素は空間光変調器１０（図１、図５参照）と同一であるので、図示および説明を省略する。さらに光変調部２０Ａは、磁性細線１Ａ以外の要素は光変調部２０（図２参照）における要素と同一であるのでこれらの要素については同じ符号を付し、説明を省略する。光変調部２０Ａの断面構造は、磁性細線１Ａが凹部１ｃを形成されず一定の厚さであること以外は、図４に示す光変調部２０と同一の構造である。したがって、本変形例に係る空間光変調器は、図３に示す第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成で表示装置に適用することができる。
【００７６】
図９に示すように、光変調部２０Ａにおいて、磁性細線１Ａはその細線形状が平面視でジクザグ状に形成されている。詳しくは、磁性細線１Ａは画素４，４間の境界で一定の角度で屈曲するように形成されている。磁性細線１Ａの材料および大きさ（厚さ、幅、細線方向長さ）等は第１実施形態の磁性細線１と同様である。磁性細線１Ａにおいて、屈曲した箇所は、括れ（凹部１ｃ、図４参照）と同様にパルス電流における電流停止時（ベース期間）に磁壁を係止し易いため、磁区のシフト移動において位置ずれを防止することができる。また、磁性細線１Ａは、括れを形成された磁性細線１と異なり、厚さおよび幅が一定であるので抵抗が高くならない。磁性細線１Ａの屈曲の角度は、好適に磁壁を係止するためには１５°〜１３５°の範囲であることが好ましく、また磁壁を係止する効果を揃えるために同じ角度とすることが好ましい。また、屈曲した箇所は、括れと同様に、例えば画素領域１ｐｘの端部等の１箇所または２箇所でもよい。なお、図９に示すように画素４を区切るすべての境界で屈曲している磁性細線１Ａは、隣り合う画素４，４同士で細線方向が非平行であるため、垂直磁気異方性材料で形成されることが好ましい。また、本変形例に係る空間光変調器における画素の駆動方法は第１実施形態と同様であるが、図９に示す光変調部２０Ａにおいては単位長さＬbを画素４における細線方向長さとする。
【００７７】
以上のように、第１実施形態およびその変形例に係る空間光変調器によれば、光の入射する部品を簡易な構造として、画素の微細化を容易にし、また開口率の高い空間光変調器となる。
【００７８】
［第２実施形態］
第１実施形態に係る空間光変調器１０は、画素駆動において、すべての磁性細線１について同時に書込等を行ったが、これに限らず、例えば磁性細線１を２本以上の所定本数（ｎv本）を一組として、各組から１本ずつ順番に選択して、組数（Ｎv／ｎv）の本数の磁性細線１に限定して並列に書込をすることもできる。第２実施形態に係る空間光変調器１０Ａは、空間光変調器１０と同様に８本の磁性細線１を備える光変調部２０を備え、隣り合う４本の磁性細線１を一組として画素の駆動を行う。この一組４本の磁性細線１を磁性細線群と称する。このような空間光変調器の制御部およびその周辺の構成、および画素の駆動方法を、図１０および図１１を参照して説明する。図１０、図１１において、図５、図７と同じ要素および工程については同じ符号を付し、説明を省略する。
【００７９】
図１０に示すように、本実施形態において、制御部９０Ａは第１実施形態の制御部９０と同様に、磁性細線１の本数と同数の８つの画素列制御部９１，９２，…，９８（以下、適宜まとめて画素列制御部９）を備える。そして、それぞれの画素列制御部９は、図５に示す第１実施形態と同様に、磁性細線１毎に設けられたデータ書込部５０にデータを出力する。ただし、並列して指定された２つの画素列制御部９がデータを出力する。また、制御部９０Ａが備えるカウンタＴＣＮＴＡは、第１実施形態におけるカウンタＴＣＮＴが行ったカウント動作（図７のＳ６２，Ｓ６６）に加え、後記する別のカウント動作を行う。また、走査電流供給部８０Ａは、選択された磁性細線１に限定してパルス電流を供給するように、例えば走査電流源８および磁性細線１の電極３１，３２のそれぞれに接続する端子に加えて、端子毎のスイッチをさらに備える（図示省略）。
【００８０】
（画素駆動方法）
画素の駆動方法を、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。制御部９０Ａが画像データＦ１（図６（ｂ）参照）を入力されて、画素列データ（図６（ｃ）参照）を生成、分配するまでは、図７を参照して説明した通りである（Ｓ１０，Ｓ２０，Ｓ３１，Ｓ３２Ａ）。
【００８１】
画素列データの分配（Ｓ３２Ａ）に伴い、カウンタＴＣＮＴＡはカウントを１から開始し（Ｓ４１）、制御部９０Ａは、各組の磁性細線群からカウント値ｊと同じ１番目の磁性細線１を選択する（Ｓ４２）。そして、走査電流供給部８０Ａが選択された２組計２本の磁性細線１（１１，１５）に限定してパルス電流の供給を開始する（Ｓ５０Ａ）。一方、制御部９０Ａは、選択された２本の磁性細線１に対応する画素列データを格納した画素列制御部９（９１，９５）を動作させて、２本の磁性細線１への画素列データの書込をする（Ｓ６０）。そして、書込により形成した磁区を画素領域１ｐｘに到達させて（Ｓ７０）、パルス電流の供給を停止する（Ｓ８０Ａ）。Ｓ５０Ａ，Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ８０Ａの工程は、選択された磁性細線１１，１５に限定して行われていること以外は、第１実施形態のＳ５０，Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ８０（図７参照）と同様である。
【００８２】
次にカウント値ｊを判定し（Ｓ４３）、ｎv（＝４）に到達するまでカウントを１ずつ増やし（Ｓ４４）、次の磁性細線１に切り替えて（Ｓ４２）、画素列データの書込および磁区のシフト移動を行う一連の工程（Ｓ５０Ａ，Ｓ６０，Ｓ７０，Ｓ８０Ａ）を繰り返す。そして、磁性細線群のすべての磁性細線１に画素列データの書込が行われた後のカウント値ｊの判定（Ｓ４３：Ｙｅｓ）で、画像データのすべての書込が完了する。
【００８３】
本実施形態に係る画素の駆動方法によれば、一組の磁性細線群の磁性細線１の本数（４本）分、画素列データの書込等を繰り返すため、第１実施形態に係る画素の駆動方法の４倍の応答時間を要することになる。しかし、パルス電流（走査電流）および書込電流をそれぞれ同時に供給する磁性細線１の本数が少ないため、省電力化が可能となる。したがって、本実施形態に係る画素の駆動方法は、画素アレイ４０の画素数が少ない場合や高速応答の必要がない場合に、好適である。また、一組の磁性細線群を隣り合う磁性細線１，１，１，１として、同時に書込をする２本の磁性細線１，１は３本おき（磁性細線１１，１５他）としたが、例えば、隣り合う２本の磁性細線１，１に同時に書込をする組合せとしてもよい。また、ｎv＝Ｎv（＝８）として、磁性細線１に１本ずつ順番に画素列データの書込をすることもできる。
【００８４】
（変形例）
前記第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、磁性細線１毎に備えられたデータ書込部５０で書込をする仕様としたが、同時に動作するデータ書込部５０は、４本の磁性細線１（磁性細線群）につき１つである。したがって、このような画素の駆動を行う空間光変調器１０Ａは、一組の磁性細線群に１つのデータ書込部５０Ａを備えてもよい。具体的には、１つのデータ書込部５０Ａは、書込電流源５、４本の磁性細線１の電極３３，３４のそれぞれに接続する端子および端子毎のスイッチを備えて、制御部９０Ａが選択した磁性細線１に限定して書込電流＋Ｉw，−Ｉwを供給する（図示省略）。また、所定本数の磁性細線群毎にデータ書込部５０Ａを備えればよいので、磁性細線１，１のピッチよりも大きい書込手段による書込方式を適用することができる。
【００８５】
このような書込方式として、現行の磁気ディスクへの書込（記録）と同様に、データ書込部５０Ａが磁気ヘッド５５を備えて外部磁界を印加してもよい。この場合は図１２（ａ）に示すように、データ書込部５０Ａは、書込領域１ｗにおいて光変調部２０Ｂに対向する磁気ヘッド５５をさらに備え、書込電流源５は磁気ヘッド５５のコイルに接続される。書込電流源５が供給する書込電流＋Ｉw，−Ｉwは、磁性細線１を書込領域１ｗにおいて所定の方向に磁化するための磁界を磁気ヘッド５５から発生させるための直流電流であり、コイルに供給される電流Ｉwの向きにより磁界の向きが反転する。図４（ａ）、（ｃ）に示すスピン注入磁化反転と同様に、データ書込部５０Ａが２値のデータ“０”、“１”に基づいて書込電流＋Ｉw，−Ｉwを書込電流源５から供給することで、磁気ヘッド５５から異なる向きの磁界が発生して磁性細線１に印加される。このように磁界を印加する書込方式においては、書込時間ｔWは数百ｐｓ程度以上であればよい。
【００８６】
一方、光変調部２０Ｂは、磁気ディスクと同様に磁性細線１の下（磁気ヘッド５５の主磁極に対向する側の反対側）に非磁性層５４を介して軟磁性層５３を積層して備える。軟磁性層５３により、磁気ヘッド５５からの外部磁界が磁性細線１で垂直な書き込み磁束を形成するための磁路を形成する。このような構成とすることで、例えば図１２（ａ）では、初期状態の磁化方向が下向きの磁性細線１を、書込領域１ｗにおいて、磁気ヘッド５５（主磁極のみ図示）が上向きの磁界を印加して磁化を上向きに反転させている。同様に、図１２（ｂ）（基板２および絶縁層６は図示省略）では、磁気ヘッド５５が下向きの磁界を印加して磁化を下向きに反転させている。なお、面内磁気異方性材料からなる磁性細線１については、細線方向に沿った向きの磁界を印加されればよいので、軟磁性層５３および非磁性層５４を備える必要がなく、光変調部２０Ｂはさらに簡易な構造とすることができる。
【００８７】
また、磁気ヘッド５５は、磁性細線群のすべての磁性細線１の書込領域１ｗに一括に書込をするような構造とする。本発明に係る空間光変調器１０Ａにおいては、磁気ディスクを回転駆動させる記録装置と異なり、磁気ヘッド５５を光変調部２０Ｂに対して高速で移動させることが困難であるからである。これらの磁性細線１が書込領域１ｗにおいて同じ磁化方向とされても、選択されていない磁性細線１は磁区のシフト移動が行われていないので、当該磁性細線１の画素４に前記磁化方向の磁区が到達することはない。
【００８８】
以上のように、第２実施形態に係る空間光変調器によれば、すべての磁性細線に並列してデータの書込を実行しなくても画像の表示が可能であり、省電力で駆動できる空間光変調器とすることができる。さらに、第２実施形態の変形例に係る空間光変調器によれば、いっそう簡易な構造の空間光変調器とすることができる。
【００８９】
［第３実施形態］
第３実施形態に係る空間光変調器について、図１３を参照して説明する。第３実施形態およびその変形例に係る空間光変調器は、光変調部２０Ｃ，２０Ｄ以外は、第１実施形態に係る空間光変調器１０（図１〜図５参照）や第２実施形態に係る空間光変調器（図１０、図１２参照）と同様の構成であり、同一の要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図１３（ａ）に示すように、光変調部２０Ｃは、図４に示す光変調部２０に、磁気転写膜３を画素領域１ｐｘにおける磁性細線１の上面に接触するように備えた構造である。このような空間光変調器においては、光は、上方から磁気転写膜３を透過して磁性細線１の上面で反射、再び磁気転写膜３を透過して出射する。したがって、本実施形態に係る空間光変調器を適用した表示装置は、図３に示す第１実施形態に係る空間光変調器１０と同様の構成とすることができる。また、本実施形態に係る空間光変調器は、第１実施形態と同様に磁性細線１を透過性の高いものとし、基板２を透明基板とすることで、透過型の空間光変調器としてもよい。
【００９０】
（磁気転写膜）
磁気転写膜３は、外部の磁気を帯びて容易に磁化され、特に接触する磁性体の磁気に強く影響される。したがって、図１３（ａ）に示すように、磁気転写膜３は、下面に磁性細線１が接触して配置された領域では、当該磁性細線１に形成された磁区の直上の領域でそれぞれ同じ磁化方向を示す磁区が形成され、磁区を区切る磁壁が生成する。したがって、磁性細線１において磁界の印加等による書込や磁区のシフト移動により、磁性細線１のある領域における磁化方向が変化すれば、それに対応して前記領域の直上における磁気転写膜３の磁化方向が速やかに変化する。したがって、磁性細線１にパルス電流を供給したとき、見かけ上、磁性細線１と共に磁気転写膜３においても磁区がシフト移動する。なお、本実施形態では磁性細線１は垂直磁気異方性材料からなるが、面内磁気異方性材料であっても同様に磁気転写膜３に磁性細線１の磁化方向が転写される。ファラデー効果の大きい磁気転写膜３に磁性細線１を積層することにより、磁性細線１で反射する光が磁気転写膜３を透過して出射するため、旋光角を大きくして、磁化方向の違いによる出射光の偏光の向きの差を拡大して磁気の検出精度を向上させることができる。
【００９１】
磁気転写膜３は、低保磁力で、磁気光学効果の大きい（ファラデー回転角の大きい）絶縁性の磁性材料からなり、透過率の高い材料が好ましい。このような材料として、具体的にはイットリウム鉄ガーネット（Ｙ3Ｆｅ5Ｏ12：ＹＩＧ）のような磁性ガーネット膜が挙げられ、特にビスマス置換磁性ガーネット（Ｙ3-XＢｉXＦｅ5Ｏ12：Ｂｉ−ＹＩＧ）はファラデー回転角が約５°／μｍ（波長５３２ｎｍ）と大きいことから好ましい。磁性ガーネット膜は、例えばＧｄ3Ｇａ5Ｏ12（ガドリニウム・ガリウム・ガーネット：ＧＧＧ）単結晶基板上に液相エピタキシャル成長（Liquid Phase Epitaxy：ＬＰＥ）法にて成膜させることで製造できる。あるいは、スピンコート焼結法の一種である有機金属分解（Metal Organic Decomposition：ＭＯＤ）法や、有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）法にて、ガラス基板等に磁気転写膜３を成膜することもできる。磁気転写膜３の膜厚は特に限定されず、厚くするほど比例してファラデー回転角を大きくすることができるが、一方で光が吸収されて出射光が減衰するため、具体的には０．１〜２μｍ程度が好ましい。磁気転写膜３を成膜するための基板２Ａは透明基板材料であるので、成膜した磁気転写膜３は、基板２Ａごと画素アレイ４０の平面視形状に合わせて切り出して、基板２Ａを上に向けて、光変調部２０Ｃの磁性細線１上に貼り付ければよい。詳しくは、光変調部２０Ｃの製造において、磁性細線１，１間を絶縁層６で埋めた後、その上に磁気転写膜３を貼り付けるように重ねる。
【００９２】
磁気転写膜３は、少なくとも画素領域１ｐｘ（画素アレイ４０）の領域に形成すればよく、図１３（ｂ）に示す変形例のように光変調部２０Ｄの全面に形成してもよい。一例として、基板２に代えて基板２Ａを光変調部２０Ｄの形状とし、その全面に磁気転写膜３を成膜し、磁気転写膜３の上に磁性細線１，１，…を形成する。あるいは磁気転写膜３は、磁性細線１の形成時に同じ平面視形状に加工されてもよい。このような空間光変調器においては、光を光変調部２０Ｄの下方から基板２Ａを透過させて入射させる。光はさらに磁気転写膜３を透過して磁性細線１の下面で反射、再び磁気転写膜３を透過して出射する。また、磁性細線１はその上面に凹部１ｃが形成されている場合、光が磁性細線１の平滑な下面で反射するので、乱反射が抑えられて好ましい。なお、書込領域１ｗにおける軟磁性層５３等は磁性細線１の上に形成したが、例えば成膜した磁気転写膜３を書込領域１ｗにおいて除去し、磁性細線１の形成前に軟磁性層５３および非磁性層５４、あるいは下部電極３３、磁化固定層５１および中間層５２（図１３（ａ）参照）を積層してもよい。また、磁気転写膜３を、第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部２０Ａ（図９参照）に備えてもよい。
【００９３】
以上のように、第３実施形態およびその変形例に係る空間光変調器によれば、画素における磁化方向の違いによる旋光角の差が大きくなるため、画素の明／暗の切り分けおよび切り換えのための選択性に優れた空間光変調器となる。
【００９４】
［第４実施形態］
第１、第２実施形態およびその変形例に係る空間光変調器１０，１０Ａ等についての画素駆動における磁性細線１への書込は、２値のデータのそれぞれに基づく２つの磁化方向にするものであるが、これに限らず、磁性細線１を予め一方の磁化方向にしておくことで、書込においては他方の磁化方向にするのみとしてもよい。このような空間光変調器の構成および画素の駆動方法を、図１４および図１５を参照して説明する。
【００９５】
第４実施形態に係る空間光変調器は、光変調部２０Ｅ、データ書込部５０Ｂ（図示省略）以外の要素は空間光変調器１０（図１、図５参照）と同一であるので、図示および説明を省略し、光変調部２０Ｅにおいても、図４に示す光変調部２０と同じ要素には同じ符号を付して説明を省略する。さらに本実施形態に係る空間光変調器は、図１４（ａ）に示すように、光変調部２０Ｅに対向させた電磁石７１等で構成される初期化部（初期化手段）７０を備える。
【００９６】
本実施形態に係る空間光変調器の光変調部２０Ｅは、図１３（ｂ）に示す第３実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部２０Ｄと同様に、透明な基板２Ａ上に磁性細線１が形成され、下方から光を入射される。さらに、光変調部２０Ｅは、第１実施形態に係る空間光変調器１０の光変調部２０と同様の、書込領域１ｗにスピン注入磁化反転素子構造を形成された磁性細線１を備えるが、書込領域１ｗの細線方向長さは単位長さＬbと略一致するように形成される。また、光変調部２０Ｅは、第１実施形態とは書込領域１ｗのスピン注入磁化反転素子構造の積層順を逆とし、さらに電極３１，３２も磁性細線１の下面に接続されるが、それぞれ第１実施形態と同じ積層順であってもよい。さらに光変調部２０Ｅは、第１実施形態の変形例に係る空間光変調器の光変調部２０Ａ（図９参照）と同様に平面視で屈曲させた形状の磁性細線１Ａとしたり、第３実施形態に係る空間光変調器の光変調部２０Ｃ，２０Ｄ（図１３参照）と同様に磁気転写膜３を備えてもよい。
【００９７】
（初期化部）
初期化部７０は、制御部９０（図５参照）により制御され、光変調部２０Ｅのすべての磁性細線１を２つの磁化方向のうちの共通の一方にするものである。これを磁性細線１の初期化と称し、本実施形態においては磁性細線１を下向きの磁化方向にする。初期化される磁性細線１の領域は、本実施形態においては後記するように磁性細線１の全体であることが好ましい。さらに磁性細線１の初期化は、１本あるいは所定の本数の磁性細線１毎にされてもよいが、特に、第１実施形態と同様にすべての磁性細線１に同時に書込をする等の場合は、これらすべての磁性細線１に対して一括してされることが好ましい。このように、光変調部２０Ｅのすべての磁性細線１のさらに全体という広範囲を同時に同じ磁化方向にするためには磁界印加によることが好ましく、本実施形態において、初期化部７０は、磁界印加手段として光変調部２０Ｅに対向させて設けられた電磁石７１、および電磁石７１のコイルに接続された初期化電流源７を備える。
【００９８】
電磁石７１は、初期化電流源７から初期化電流Ｉinitを供給されて、光変調部２０Ｅに向けて磁界を発生させ、この磁界を印加されて光変調部２０Ｅのすべての磁性細線１が下向きの磁化方向になる。電磁石７１は公知の電磁石を適用することができ、光変調部２０Ｅにおける所定の磁性細線１のそれぞれ（本実施形態においてはすべての磁性細線１）に、所定の向きおよび強さの磁界を一様に印加するように構成される。電磁石７１は、図１４（ａ）では、１本の磁性細線１のみを示してこの磁性細線１に対向させて表されているが、本実施形態に係る空間光変調器においては、光変調部２０Ｅの全体（上面全体）に対向させた１つが備えられるものとする。なお、これに限らず、電磁石７１は、その仕様や光変調部２０Ｅの大きさ（磁性細線１の幅やピッチ）等によっては、１本あるいは所定の本数の磁性細線１毎に設けられてもよい。電磁石７１が印加する磁界は、磁性細線１の保磁力を超えて下向きの磁化方向にすることができる強さであればよく、また、本実施形態のように書込領域１ｗにスピン注入磁化反転素子構造の磁化固定層５１を備えてスピン注入磁化反転にて書込をする場合は、磁化固定層５１と同じ（平行の）下向きの磁化方向にすることが好ましい。磁性細線１を磁化固定層５１と反対の（反平行の）磁化方向にする場合は、電磁石７１が印加する磁界を磁化固定層５１の保磁力よりも弱くする。
【００９９】
磁性細線１の初期化は、負電極３２の接続された側の一端から少なくとも書込領域１ｗまでの領域においてされればよいが、前記した通り、特に、本実施形態のように凹部１ｃ（１ｃ０）等が形成された磁性細線１においては、磁性細線１の全体にされることが好ましい。初期化されないことで画素領域１ｐｘ等に残存するランダムな長さで分割された磁区同士の間の磁壁や、初期化された領域とされなかった領域との間に生成した磁壁が、画素の駆動における磁区のシフト移動の際に、凹部１ｃに係止されて移動距離がずれる虞があるため、初期化にて磁性細線１の全体を一様な磁化方向にして磁壁が生成しないようにする。したがって、電磁石７１は、光変調部２０Ｅの全体に対向して設けられ、特にこのような場合には、画素領域１ｐｘへの光の入出射を妨げることがないように、光の入出射側と反対側に、本実施形態においては光変調部２０Ｅの上方に設けられる。なお、本実施形態においては、図１４（ａ）に、電磁石７１が、光変調部２０Ｅの磁性細線１の負電極３２の接続された側の一端（左端）から書込領域１ｗ近傍までの領域に対向する位置に設けられ、この領域に限定して磁界を印加するように示しているが、磁性細線１の全体を初期化する。
【０１００】
（データ書込部）
データ書込部５０Ｂは、第１実施形態のデータ書込部５０に対して、書込電流源５に代えて書込電流源５Ｂを備えること以外は同様の構成であり、制御部９０により制御される（図５参照）。書込電流源５Ｂは、書込電流源５と同様に書込領域１ｗに電極３３，３４を介して接続されるが、１値の書込電流＋Ｉwのみを供給し、すなわちＯＦＦ状態を含めて＋Ｉw，０の２出力を示す。したがって、データ書込部５０Ｂは、第１実施形態に係る空間光変調器１０のデータ書込部５０等と異なり、ＯＮ／ＯＦＦの切替えのみの簡易な回路で駆動することができる。本実施形態において、書込電流＋Ｉwは、初期化部７０（電磁石７１）によって下向きにされた磁性細線１の磁化方向を、書込領域１ｗにおいてスピン注入磁化反転させて上向きにする（反平行にする）ものである。
【０１０１】
（画素駆動方法）
本実施形態に係る空間光変調器における画素の駆動方法を、図１５に示すフローチャートを参照して説明する。図１５において、図７に示す第１実施形態と同じ工程については同じ符号を付し、説明を省略する。
【０１０２】
制御部９０は、画像データＦ１（図６（ｂ）参照）を入力されて、画素列データ（図６（ｃ）参照）を生成、分配する工程（Ｓ２０，Ｓ３１，Ｓ３２）と並行して、初期化部７０によりすべての磁性細線１の磁化方向を下向きにする、すなわちデータ“１”の書込をする初期化工程Ｓ９０を行う。このとき、初期化部７０の初期化電流源７は、磁性細線１の磁化方向が下向きに揃えられるために要する時間だけ初期化電流Ｉinitを供給し、その後は供給を停止して初期化工程Ｓ９０を完了する。磁性細線１の保磁力や本数等、電磁石７１が印加する磁界の強さや領域の広さにもよるが、初期化電流Ｉinitを供給して磁界を印加する時間、すなわち初期化時間は数百ｐｓ程度以上であればよい。初期化工程Ｓ９０は、パルス電流の供給を開始する（Ｓ５０）前に、あるいは画素列データ書込工程Ｓ６０Ｂにおける１番目のデータの判定（Ｓ６７：ｉ＝１）までに行えばよく、例えば画像データ出力命令送信（Ｓ１０）と同時であってもよい。
【０１０３】
画素列データ書込工程Ｓ６０Ｂは、図７を参照して説明した第１実施形態の画素列データ書込工程Ｓ６０とほぼ同様であるが、磁性細線１へのデータ書込（Ｓ６３）に代えて、データ書込部５０Ｂに入力されたデータが“０”である（Ｓ６７：Ｙｅｓ）場合にのみ、磁性細線１に当該データ“０”の書込をして（Ｓ６３Ｂ）、磁区をシフト移動させる（Ｓ６４）。一方、データ書込部５０Ｂに入力されたデータが“１”である（Ｓ６７：Ｎｏ）場合は、磁性細線１に何らの書込をせずに磁区のシフト移動（Ｓ６４）のみを行う。なお、画素列データ書込工程Ｓ６０Ｂにおいては、第１実施形態と比較すると工程Ｓ６７が追加されているが、第１実施形態におけるデータ書込（Ｓ６３）は、データ書込部５０が２値のデータ“０”、“１”のどちらを入力されたかに応じて当該データに基づいて異なる書込をするため、工程や処理時間が実質的に増加するものではない。
【０１０４】
ここで、磁性細線１へのデータ書込（Ｓ６３Ｂ）および磁区のシフト移動（Ｓ６４）について、図１４を参照して詳細に説明する。なお、図１４においては、図１４（ａ）にのみ基板２Ａおよび絶縁層６を示し、図１４（ｂ）、図１４（ｃ）では省略するが、すべて同一の構造の光変調部２０Ｅを示し、また当該光変調部２０Ｅには電磁石７１が対向している。ここでは、第１実施形態における説明と同様に、行アドレス（０）の画素列データ（図６（ｃ）参照）に基づき磁性細線１（１１）に書込をする方法を説明する。
【０１０５】
データ書込部５０Ｂは、第１実施形態と同様に、画素列制御部９（９１）から画素列データの１番目のデータ“０”を入力されると、内蔵する書込電流源５Ｂから書込電流＋Ｉwを供給する。したがって、図１４（ｂ）に示すように、磁性細線１の書込領域１ｗに下向きの、すなわち磁化固定層５１の側から膜面垂直方向に電流Ｉwが流れて、磁性細線１は、書込領域１ｗにおいて、磁化固定層５１の磁化方向に対して反平行になるべくスピン注入磁化反転する。これにより、書込領域１ｗに磁化方向が上向きの磁区（磁区Ｄ０と称する。図１４（ｃ）参照）が形成され、磁区Ｄ０の両側を区切るように磁壁ＤＷ１，ＤＷ２が生成する（Ｓ６３Ｂ）。同時に、磁性細線１における書込領域１ｗの画素領域１ｐｘと反対側に、磁壁ＤＷ２で磁区Ｄ０と区切られて、磁化方向が初期化時の下向きのままの磁区Ｄ１が形成される。
【０１０６】
書込電流源５Ｂからの書込電流＋Ｉwの供給が停止した（ＯＦＦ）後、磁性細線１に、走査電流供給部８０からパルス電流における１回目の電流供給（１パルス）として走査電流Ｉscがパルス幅ｔHの時間だけ供給されて、図１４（ｃ）に示すように、磁区Ｄ０がこれを挟む磁壁ＤＷ１，ＤＷ２と共に単位長さＬbの距離だけシフト移動する。前記した通り、書込領域１ｗの細線方向長さが単位長さＬbと略一致するので、磁区Ｄ０の全体が書込領域１ｗから退出した時点で静止する（Ｓ６４）。すなわち、書込領域１ｗには磁区Ｄ１が到達する。
【０１０７】
ここで、磁性細線１においては、電子ｅ-が注入される負電極３２側の最端の磁区Ｄ１により当該磁区Ｄ１と逆方向の上向きのスピンを持つ電子が弁別されて、負電極３２からは下向きのスピンを持つ電子のみが注入される。この下向きのスピンを持つ電子の注入により、磁区Ｄ１は下向きの磁化方向を維持したままで磁壁ＤＷ２のシフト移動に伴って細線方向に伸長する。したがって、磁性細線１において、走査電流Ｉscの供給により磁区のシフト移動（Ｓ６４）が繰り返されても、磁性細線１の負電極３２側の端から書込領域１ｗまでは、常に１つの下向きの磁化の磁区が存在し、すなわちデータの判定（Ｓ６７）時において書込領域１ｗは常に下向きの磁化を示す。
【０１０８】
そして、２番目のデータ“１”については、書込領域１ｗは既に下向きの磁化を示しているので書込をする必要がなく、データ書込部５０Ｂはデータ“１”を入力されると、パルス電流における電流停止の間も書込電流源５ＢをＯＦＦ状態のままとする。そして、再び走査電流源８からパルス電流における次の１パルスとして走査電流Ｉscが磁性細線１に供給されると、磁壁ＤＷ１，ＤＷ２およびこれらに挟まれた磁区Ｄ０が単位長さＬbの距離を移動し（Ｓ６４）、それに伴い磁区Ｄ１が同距離だけ伸長する。磁区Ｄ１のこの伸長した部分が、磁区のシフト移動（Ｓ７０）を完了した段階で対応する画素４となる。
【０１０９】
このように、最初に、磁性細線１の磁化方向を下向きとしてデータ“１”の書込をすることで、データ１個ずつの書込において、データ“０”の場合にのみ実際の書込をすればよい。ただし、データ“１”については書込がされないため、第１実施形態（図４（ｂ）、（ｃ）参照）と異なり、書込領域１ｗへのデータ“０”の書込で形成された磁区は、単位長さＬb（パルス幅ｔH）とは関係なく、書込領域１ｗの細線方向長さを維持して、画素領域１ｐｘ（画素４）に到達する。したがって、書込領域１ｗは、前記した通り細線方向長さが単位長さＬbと一致することが最も好ましく、要求される磁区の画素に対する位置精度等に応じた範囲に設計される。
【０１１０】
本実施形態に係る空間光変調器の画素駆動方法は、第１実施形態と比較すると、画素アレイ４０に１フレームの画像を表示する度に１回の初期化工程Ｓ９０を行う分の処理時間がパルス電流の供給開始（Ｓ５０）前に加算される以外は、図８に示すタイミングチャートと同様となり、応答時間の増加は微小である。なお、図８に示すタイミングチャートにおける書込電流源５の出力が「−Ｉw」であるとき、本実施形態においては書込電流源５Ｂの出力が「０」となる。さらに、本実施形態では１フレーム毎に初期化するとしたが、これに限らず、例えば動画の表示において所定フレーム数毎に、さらには空間光変調器の起動時に１回のみ、初期化する設定としてもよい。
【０１１１】
（変形例）
初期化部７０は、画素駆動において所定本数の磁性細線１に限定して書込をする第２実施形態に係る空間光変調器１０Ａ（図１０参照）に備えられてもよい。このような空間光変調器の画素駆動（図１１参照）においては、制御部９０Ａが磁性細線群における１番目の磁性細線１を選択する（Ｓ４２：ｊ＝１）前に、すべての磁性細線１を初期化する。あるいは電磁石７１が磁界を印加する磁性細線１の領域が限定されて、画素領域１ｐｘにおける磁化方向を変化させない場合は、磁性細線１を選択した（工程Ｓ４２）毎に当該磁性細線１に限定して初期化してもよい。
【０１１２】
さらに、初期化部７０は、書込方式として磁界印加を適用した第２実施形態の変形例に係る空間光変調器（図１２参照）に備えられてもよい。この場合は、書込電流源５Ｂが磁気ヘッド５５のコイルに接続され、磁気ヘッド５５が磁性細線１に印加する磁界は図１２（ａ）に示すような上向きのみとする。ここで、磁気ヘッド５５は、前記した通り磁性細線群毎に設けられてそのすべての磁性細線１の書込領域１ｗに一括に磁界を印加して書込をしてもよいが、単位長さＬbと細線方向長さが略一致する書込領域１ｗに限定して磁界を印加する。また、データ書込部５０Ａが前記磁気ヘッド５５により磁性細線群毎のすべての磁性細線１の書込領域１ｗに一括に書込をするので、磁性細線群におけるそれぞれの磁性細線１について、画素列データ書込工程Ｓ６０Ｂ（図１５参照）における１番目のデータの判定（Ｓ６７：ｉ＝１）前に、磁区を少なくとも単位長さＬbの距離シフト移動させて、書込領域１ｗに磁区Ｄ１を到達させるようにする（図１４（ｃ）参照）。
【０１１３】
以上のように、第４実施形態に係る空間光変調器によれば、書込手段に正負反転可能な電流を出力するための複雑な駆動回路を適用する必要がないため、画素をいっそう微細化しても、狭ピッチ化された磁性細線のそれぞれに容易に書込手段を設けることができる。特に、書込方式としてスピン注入磁化反転を適用した場合には、書込領域のスピン注入磁化反転構造について平行、反平行になるそれぞれのスピン注入磁化反転電流の大きさ（絶対値）が異なっても書込手段にさらに複雑な駆動回路を適用する必要がなく、スピン注入磁化反転電流の大きさを揃えたスピン注入磁化反転構造とする必要もない。
【実施例１】
【０１１４】
本発明の効果を確認するために、第１実施形態に係る空間光変調器の光変調部（図２、図３参照）を模擬するサンプルを作製し、形成される磁区を観察した。表面を熱酸化したＳｉ基板を基板２および絶縁層６（熱酸化膜：ＳｉＯ2）とし、ダマシン法にて磁性細線１を形成した。すなわち、ＲＩＥ法にて熱酸化膜に長さ１０μｍの直線状の溝を一定間隔で形成し、その上に垂直磁気異方性材料である[Ｃｏ（０．３ｎｍ）／Ｐｄ（１．２ｎｍ）]×３０の多層膜（合計厚さ４５ｎｍ）を成膜し、ＣＭＰにて溝内以外の前記Ｃｏ／Ｐｄ多層膜を除去することにより、磁性細線１を形成してサンプルとした。溝の幅を変化させることにより、幅１５０ｎｍ（１μｍピッチ）、幅２５０ｎｍ（１．５μｍピッチ）、幅５００ｎｍ（１．５μｍピッチ）の３種類の磁性細線を形成した。
【０１１５】
作製したサンプルに、初期化として１０ｋＧの磁界を上向きに（基板２側から磁性細線１へ向けて）印加して、すべての磁性細線の全体の磁化を飽和させた（一様な磁化方向とした）後、磁性細線（Ｃｏ／Ｐｄ多層膜）の保磁力より少し小さい０．６ｋＧの下向きの磁界を印加して、それぞれの磁性細線に複数の磁区を形成した。このサンプルの表面を磁気力顕微鏡（ＭＦＭ）にて画像化して観察した。図１６に示すＭＦＭ像写真において、磁性細線は、磁化方向が上向きか下向きかによって磁区毎に白／黒のコントラストを示す。図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、幅が１５０ｎｍ、２５０ｎｍの磁性細線は、それぞれ細線方向にのみ磁区が分割されて、複数の磁区が細線方向に沿って形成されることが確認された。特に幅が１５０ｎｍの磁性細線は、磁区を区切る境界線（磁壁）が細線方向にほぼ垂直に生成して、磁区の平面視形状が矩形となり、また最小で長さ約３０ｎｍの微小な磁区が形成された。このことから、十分に幅の狭い磁性細線１は、１個の画素４において一様な磁化方向を安定して示すことが容易であるといえる。これに対して、図１６（ｃ）に示すように、幅が５００ｎｍの磁性細線は、外部から磁界を印加されるだけでは幅方向にも磁区が分割される場合がある。
【実施例２】
【０１１６】
本発明の効果を確認するために、第１実施形態に係る空間光変調器（図２、図３、図７、図８参照）をフルハイビジョンの画素数としたものにおいて、計算機を用いたシミュレーションにより応答時間を求めた。すなわち、本実施例における空間光変調器の画素数は、水平方向１９２０×垂直方向１０８０とし、また磁性細線１の細線方向を水平方向とする。また、画素サイズは一辺２５０ｎｍとした。したがって、空間光変調器に設ける磁性細線１の本数は１０８０本、ピッチは２５０ｎｍとなる。そして、１本の磁性細線１において、画素４の数は１９２０個、単位長さＬbは２５０ｎｍであるので、画素領域１ｐｘの長さは２５０ｎｍ×１９２０＝４８０μｍとなる。また、書込領域１ｗと画素領域１ｐｘとの間隔を２μｍ、すなわち画素４の８０個分の長さとする。また、磁性細線１の幅および厚さは実施例１のサンプルの１つと同じとして、幅１５０ｎｍ、厚さ４５ｎｍとする。すなわち、画素４は開口率０．６となる。
【０１１７】
このような磁性細線１に９．４５ｍＡの直流電流のパルス電流を供給するものとする。電流密度は１．４×１０12Ａ／ｍ2であり、このパルス電流による磁性細線１の磁壁の移動速度は４０ｍ／ｓとする（非特許文献１参照）。
【０１１８】
磁性細線１の前記パルス電流の電流供給による磁壁の単位長さＬbの移動時間ｔSC：６．２５ｎｓであり、パルス電流における１回の電流供給で磁壁および磁区を単位長さＬbの距離を移動させるため、パルス幅ｔH：６．２５ｎｓとする。また、停止時間ｔL：６．２５ｎｓ（デューティ比：５０％）として、パルス周期は１２．５ｎｓとなる。したがって、本実施例に係る空間光変調器の応答時間は、１２．５ｎｓ×(１９２０＋８０)＝２５μｓとなる。現行の液晶による空間光変調器の応答時間が２０〜３０ｍｓであるので、大幅な高速化が可能になる。そして、本実施例に係る空間光変調器は、フルハイビジョンにおける１フレームの１／６０秒間（≒１６．７ｍｓ）に対して十分に短い応答時間であるので、このような動画の表示において十分な性能を有するといえる。
【０１１９】
以上、本発明を実施するための形態について述べてきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０，１０Ａ 空間光変調器
１，１Ａ，１１〜１８ 磁性細線
１ｃ，１ｃ０〜１ｃ８ 凹部
１ｐｘ 画素領域
１ｗ 書込領域
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ 光変調部
２，２Ａ 基板
３ 磁気転写膜
３１ 正電極
３２ 負電極
４０ 画素アレイ
４ 画素
５０，５０Ａ データ書込部（書込手段）
５，５Ｂ 書込電流源
５５ 磁気ヘッド
７０ 初期化部（初期化手段）
７１ 電磁石
７ 初期化電流源
８ 走査電流源
９０，９０Ａ 制御部
Ｄ０，Ｄ１ 磁区
ＤＷ１，ＤＷ２，ＤＷ３ 磁壁
Ｌb 単位長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素をマトリクス状に配列してなる画素アレイと、前記画素アレイの画素のそれぞれを当該画素の入力された２値のデータに基づき異なる２つの磁化方向のいずれかにする画素駆動手段と、を備える空間光変調器であって、
前記画素アレイは、複数の画素を一列に配列して備えて前記配列方向に沿って細線状に形成された磁性体からなる磁性細線を、複数並設して形成され、
前記磁性細線は、前記複数の画素を備える画素領域と書込領域とを細線方向に区切るように、予め指定された位置に設けられ、
前記画素駆動手段は、前記磁性細線を前記書込領域において所定の磁化方向にする書込手段と、
前記磁性細線の両端に接続して、当該磁性細線に形成された磁区を、この磁区を区切る磁壁と共に断続的に移動させるパルス電流を供給する電流供給手段と、
前記磁性細線に供給されるパルス電流における電流停止時に、前記磁性細線を前記書込領域において所定の画素のデータに基づく磁化方向にするように前記書込手段を制御し、前記書込領域に形成された磁区を前記所定の画素に到達させるように前記電流供給手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
前記書込手段は、前記磁性細線の前記書込領域に磁界を印加することにより、所定の磁化方向にすることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項３】
前記磁性細線は、前記書込領域にスピン注入磁化反転素子構造を備え、
前記書込手段は、前記スピン注入磁化反転素子構造に膜面に垂直な方向に電流を供給することにより、前記磁性細線を所定の磁化方向にすることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項４】
前記画素駆動手段は、前記磁性細線の少なくとも前記書込領域から前記画素領域が設けられた側の反対側の端までを、前記２つの磁化方向の一方にする初期化手段を備え、
前記書込手段は、前記磁性細線を前記書込領域において、前記２つの磁化方向の他方のみにすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の空間光変調器。
【請求項５】
前記磁性細線は、前記画素を細線方向に区切る境界の１箇所以上で括れた形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の空間光変調器。
【請求項６】
前記磁性細線は、前記画素を細線方向に区切る境界の１箇所以上で屈曲した細線形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の空間光変調器。
【請求項７】
前記画素アレイは、磁気転写膜を前記磁性細線に接触させて備え、
前記磁気転写膜を透過して前記磁性細線に光を入射させることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の空間光変調器。
【請求項８】
複数の画素を一列に配列して備えて前記配列方向に沿って細線状に形成された磁性体からなる磁性細線を複数並設して画素をマトリクス状に配列されてなる画素アレイとする空間光変調器において、前記画素アレイのそれぞれの画素を、当該画素の入力された２値のデータに基づき異なる２つの磁化方向のいずれかにする空間光変調器の画素駆動方法であって、
前記磁性細線に備えられた複数の画素における配列された順に、１つの画素を選択する画素選択工程と、
前記磁性細線を、前記複数の画素を備える領域とは細線方向に区切られて予め設けられた書込領域において、前記選択した１つの画素のデータに基づく磁化方向にする書込工程と、
前記磁性細線に形成されている磁区を、前記書込領域から前記複数の画素を備える領域へ向けて細線方向に、前記画素の１つ分の長さの距離を移動させる磁区移動工程と、を順番に繰り返して、前記磁性細線に備えられたすべての画素をデータに基づく磁化方向にし、
前記並設された複数の磁性細線のそれぞれについて、前記磁性細線に形成された磁区が当該磁区を区切る磁壁と共に断続的に移動するパルス電流を、当該磁性細線へその細線方向に供給することにより、前記パルス電流における電流停止時に前記画素選択工程と前記書込工程とを行い、前記パルス電流における電流供給時に前記磁区移動工程を行うことを特徴とする空間光変調器の画素駆動方法。
【請求項９】
前記書込工程を前記配列された画素の１番目について行う前に、前記磁性細線の少なくとも前記書込領域から前記画素領域が設けられた側の反対側の端までを前記２つの磁化方向の一方にする初期化工程を行い、
前記書込工程のそれぞれにおいて、前記選択した１つの画素のデータに基づく磁化方向が前記一方の磁化方向と同じである場合は、前記磁性細線の磁化方向を変化させないことを特徴とする請求項８に記載の空間光変調器の画素駆動方法。
【請求項１０】
２以上の前記磁性細線について、共通のパルス電流を供給することにより、前記工程のそれぞれを並行して行うことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の空間光変調器の画素駆動方法。
【請求項１】
画素をマトリクス状に配列してなる画素アレイと、前記画素アレイの画素のそれぞれを当該画素の入力された２値のデータに基づき異なる２つの磁化方向のいずれかにする画素駆動手段と、を備える空間光変調器であって、
前記画素アレイは、複数の画素を一列に配列して備えて前記配列方向に沿って細線状に形成された磁性体からなる磁性細線を、複数並設して形成され、
前記磁性細線は、前記複数の画素を備える画素領域と書込領域とを細線方向に区切るように、予め指定された位置に設けられ、
前記画素駆動手段は、前記磁性細線を前記書込領域において所定の磁化方向にする書込手段と、
前記磁性細線の両端に接続して、当該磁性細線に形成された磁区を、この磁区を区切る磁壁と共に断続的に移動させるパルス電流を供給する電流供給手段と、
前記磁性細線に供給されるパルス電流における電流停止時に、前記磁性細線を前記書込領域において所定の画素のデータに基づく磁化方向にするように前記書込手段を制御し、前記書込領域に形成された磁区を前記所定の画素に到達させるように前記電流供給手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする空間光変調器。
【請求項２】
前記書込手段は、前記磁性細線の前記書込領域に磁界を印加することにより、所定の磁化方向にすることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項３】
前記磁性細線は、前記書込領域にスピン注入磁化反転素子構造を備え、
前記書込手段は、前記スピン注入磁化反転素子構造に膜面に垂直な方向に電流を供給することにより、前記磁性細線を所定の磁化方向にすることを特徴とする請求項１に記載の空間光変調器。
【請求項４】
前記画素駆動手段は、前記磁性細線の少なくとも前記書込領域から前記画素領域が設けられた側の反対側の端までを、前記２つの磁化方向の一方にする初期化手段を備え、
前記書込手段は、前記磁性細線を前記書込領域において、前記２つの磁化方向の他方のみにすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の空間光変調器。
【請求項５】
前記磁性細線は、前記画素を細線方向に区切る境界の１箇所以上で括れた形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の空間光変調器。
【請求項６】
前記磁性細線は、前記画素を細線方向に区切る境界の１箇所以上で屈曲した細線形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の空間光変調器。
【請求項７】
前記画素アレイは、磁気転写膜を前記磁性細線に接触させて備え、
前記磁気転写膜を透過して前記磁性細線に光を入射させることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の空間光変調器。
【請求項８】
複数の画素を一列に配列して備えて前記配列方向に沿って細線状に形成された磁性体からなる磁性細線を複数並設して画素をマトリクス状に配列されてなる画素アレイとする空間光変調器において、前記画素アレイのそれぞれの画素を、当該画素の入力された２値のデータに基づき異なる２つの磁化方向のいずれかにする空間光変調器の画素駆動方法であって、
前記磁性細線に備えられた複数の画素における配列された順に、１つの画素を選択する画素選択工程と、
前記磁性細線を、前記複数の画素を備える領域とは細線方向に区切られて予め設けられた書込領域において、前記選択した１つの画素のデータに基づく磁化方向にする書込工程と、
前記磁性細線に形成されている磁区を、前記書込領域から前記複数の画素を備える領域へ向けて細線方向に、前記画素の１つ分の長さの距離を移動させる磁区移動工程と、を順番に繰り返して、前記磁性細線に備えられたすべての画素をデータに基づく磁化方向にし、
前記並設された複数の磁性細線のそれぞれについて、前記磁性細線に形成された磁区が当該磁区を区切る磁壁と共に断続的に移動するパルス電流を、当該磁性細線へその細線方向に供給することにより、前記パルス電流における電流停止時に前記画素選択工程と前記書込工程とを行い、前記パルス電流における電流供給時に前記磁区移動工程を行うことを特徴とする空間光変調器の画素駆動方法。
【請求項９】
前記書込工程を前記配列された画素の１番目について行う前に、前記磁性細線の少なくとも前記書込領域から前記画素領域が設けられた側の反対側の端までを前記２つの磁化方向の一方にする初期化工程を行い、
前記書込工程のそれぞれにおいて、前記選択した１つの画素のデータに基づく磁化方向が前記一方の磁化方向と同じである場合は、前記磁性細線の磁化方向を変化させないことを特徴とする請求項８に記載の空間光変調器の画素駆動方法。
【請求項１０】
２以上の前記磁性細線について、共通のパルス電流を供給することにより、前記工程のそれぞれを並行して行うことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の空間光変調器の画素駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１７】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１２８３９６（Ｐ２０１２−１２８３９６Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７９９７７（Ｐ２０１１−１７９９７７）
【出願日】平成２３年８月１９日（２０１１．８．１９）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１９日（２０１１．８．１９）
【出願人】（０００００４３５２）日本放送協会 (2,206)
【Ｆターム（参考）】
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