(57)【要約】【課題】  フォトニック結晶中で光が大きく曲げられても、光の入射角を拡大して、大きな出射角の振れ角として取り出すことが可能な光学素子とその製造方法を提供すること。【解決手段】  透明誘電体基板１０に形成された面心立方晶を有する誘電体周期構造体（フォトニック結晶２０）の（１１１）面が透明誘電体基板１０に接しており、誘電体周期構造体２０の表面は、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面（例えば傾斜面）を含む光学部品。誘電体周期構造体２０は、透明誘電体１中に球状の空隙が面心立方晶状に配置されており、この球状の空隙には前記透明誘電体１とは屈折率の異なる透明誘電体２が満たされた構造、あるいは、透明誘電体中に球状の空隙が面心立方晶状に配置しているインバースオパール結晶である。誘電体周期構造体２０は島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明誘電体基板に形成された面心立方晶を有する誘電体周期構造体の（１１１）面が前記透明誘電体基板に接している光学部品であって、前記誘電体周期構造体の表面は（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を含むことを特徴とする光学部品。
【請求項２】
請求項１に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体１中に球状の空隙が面心立方晶状に配置されており、この球状の空隙には前記透明誘電体１とは屈折率の異なる透明誘電体２が満たされた構造であることを特徴とする光学部品。
【請求項３】
請求項１に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体中に球状の空隙が面心立方晶状に配置しているインバースオパール結晶であることを特徴とする光学部品。
【請求項４】
請求項２に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板上の誘電体周期構造体は島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴とする光学部品。
【請求項５】
請求項３に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板上のインバースオパール結晶は島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴とする光学部品。
【請求項６】
オパール結晶成長用基板の片側表面に、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状となるように凸パターンを形成し、凹部分に透明誘電体１の球状粒子によるオパール結晶を形成した後、上記オパール結晶を透明誘電体基板で挟み、前記オパール結晶の透明誘電体１の球状粒子間に流動体を注入し固化させることにより透明誘電体２とした後、前記オパール結晶成長用基板および前記凸パターンを除去することを特徴とする光学部品の製造方法。
【請求項７】
オパール結晶成長用基板の片側表面に、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状となるように、凸パターンを形成し、凹部分に球状粒子によるオパール結晶を形成した後、上記オパール結晶を透明誘電体基板で挟み、前記オパール結晶の球状粒子間に流動体を注入し固化させることにより透明誘電体とした後に、前記球状粒子と前記オパール結晶成長用基板および前記凸パターンを除去することを特徴とする光学部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体周期構造体を有するフォトニック結晶の異常光学特性を利用した光学部品に係り、特に、微粒子を利用したフォトニック結晶を用いて光路を走査する微小デバイスやそれを応用した光学システムなどに好適な光学部品とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトニック結晶のスーパープリズム効果を用いた光走査に関する従来文献としては次のようなものがある。
【０００３】
特開２００４−１５７４２１号公報「１次元フォトニック結晶を用いた光学素子」（特許文献１）には、多層膜構造を基本とする１次元フォトニック結晶において、膜面とは平行でない第２の傾斜面を形成することにより、入射光の光束がある程度太くても対応できるようにした光学素子が開示されている。
【０００４】
また、特開２００３−３２９８２３号公報「１次元フォトニック結晶を用いた光学素子およびそれを用いた分光装置」（特許文献２）には、多層膜からなる１次元フォトニック結晶を三角プリズム状に加工し、光の入射端面側に位相変調手段を設けることにより、特定の高次バンド光のみ伝播できるようにし、これを光導波路内に形成することにより、高い分解能を有する小型の分光装置が構成できるようにした技術が開示されている。
【０００５】
また、特開２００３−２５５１１６号公報「光学素子」（特許文献３）には、従来、２次元フォトニック結晶では、プリズムとして利用する場合には、出射面側に斜め加工を施す必要があり、これは従来非常に困難であったが、この公報では、２次元フォトニック結晶の繰り返し構造を有しているｘ軸とｙ軸のｙ−ｚ平面から光を入射させることにより、上記問題を解決するようにした光学素子が開示されている。
【０００６】
また、特開２００３−１９５００２号公報「光学デバイス」（特許文献４）には、有機材料を用いた有機フォトニック結晶による光偏向素子、光合波素子および走査装置などの光学デバイスについて開示されている。
【０００７】
また、特開２００２−７１９８２号公報「光素子、光偏向素子、光合波素子および走査装置」（特許文献５）には、フォトニック結晶において、出射光を大きく振るためには、入射面とは異なる面から出射する必要があり、この異なる入射面と出射面の間で光が通る条件にて、入射面と出射面の角度を決めるようにした素子が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１５７４２１号公報
【特許文献２】特開２００３−３２９８２３号公報
【特許文献３】特開２００３−２５５１１６号公報
【特許文献４】特開２００３−１９５００２号公報
【特許文献５】特開２００２−７１９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
フォトニック結晶は、屈折率の異なった二つ以上の材料（一方は空気でも可）が、空間的な対称性・規則性を有して、配置された周期構造を有する材料である。フォトニック結晶は、この規則構造・周期構造を有することにより、従来の光学材料では得られなかった特性を発揮するようになる。
【００１０】
そして、フォトニック結晶の期待されている特性のひとつとして、通常の光学材料では実現できないようなプリズム特性を有するスーパープリズム効果や、光が広がらずに結晶中を伝搬するスーパーコリメート効果などがある。
【００１１】
図１２（ａ）は通常のプリズムの場合の光の屈折例を示す図であり、図１２（ｂ）はスーパープリズム効果を有する場合の光の屈折例を示す図である。このように、スーパープリズムでは通常のプリズムとは全く異なる特性を示している。また、図１３は、スーパーコリメート効果を説明するための図であり、光が結晶中を広がらずに伝搬する様子を示している。
【００１２】
このようなフォトニック結晶のスーパープリズム効果やスーパーコリメート効果などの特性を利用可能とすることにより、小さな空間で大きく光路を連続的に曲げたり、急激に光路を変更させたりすることが可能になる。
【００１３】
次に、こうしたスーパープリズム効果やスーパーコリメータ効果がどのようにして発現するかを、等周波数となる波数（ｋ）の位置を波数空間（ｋ空間）にて描いた分散面を考えることにより説明する。
【００１４】
分散面による考え方を説明するために、まず、最初に、図面を用いて、等方的な通常媒質から屈折率の異なる通常媒質に光が入射した場合の考え方について説明を行う。
【００１５】
話を簡単にするために、ここでは、入射側の通常光学媒質が、屈折率１（n = 1.0）の真空（あるいは空気）の場合について説明するが、屈折率が１以外の一般的な通常光学媒質からの光入射でも同様の原理に従って、光は伝播する。
【００１６】
図１４（ａ）に示すように、通常の等方的な光学媒質では、分散面の形状は球となり、ｋ空間の原点を通る任意の断面では、ck = nω により定められる円となる。ここで、c は真空中の光速、n は屈折率、ω は角周波数である。
【００１７】
ｎ= 1.0 の真空（あるいは空気）中の光の分散面と n = 1.5 の媒質中の分散面は、図１４（ｂ）に示すような大きさの異なる円として表現できる。
【００１８】
今、図１４（ｃ）に示すように、真空（あるいは空気）から n = 1.5 の媒質に光が入射する場合を考える。このとき、ｋ空間（波数空間）の分散面表現では、図１４（ｄ）中に示す「真空中のｋベクトル」の矢印のごとく現すことができる。
【００１９】
入射光となる真空中の光のkベクトルと媒質中の光のｋベクトルは、媒質表面に平行な成分について保存するので、図１４（ｄ）に示すごとく、「表面からの垂線を反映した補助線」を利用して、媒質中の分散面（大きな円）と補助線との交点から媒質中のkベクトルを得ることができる。媒質中のｋベクトルを知ることにより、媒質中での光の伝播方向がわかる。
【００２０】
次に、フォトニック結晶の光伝播について説明する。
フォトニック結晶中の光伝播は、フォトニック結晶のバンド構造に支配されているが、高次のバンドにより形成される分散面は、球とは異なった異方性を有する形状となり、利用する光の周波数を適切に選択することにより、こうした異方性を有する分散面を利用することができる。例えば、面心立方晶のバンド３の分散面は、図１５（ａ）に示すような形状になり、ｋｘ=ｋｙでの断面形状は図１５（ｂ）のようになる。
【００２１】
ここで、図１５（ｃ）に示すように、真空（あるいは空気）から（００１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶に、光が入射する場合を考える。
【００２２】
図１４で説明した通常媒質の場合と同様に、本例の場合は図１５（ｂ）中に示すような「入射光ｋベクトル（真空中）」と「表面からの垂線を反映した補助線」を描くことができる。
【００２３】
また、これも通常媒質の場合と同様にして、「表面からの垂線を反映した補助線」と「フォトニック結晶中での分散面」との交点から「フォトニック結晶中でのｋベクトル」を得ることができる。
【００２４】
媒質中での光伝播の群速度ｖｇは、分散面の勾配∇ｋωによって決まる（ｖｇ=∇ｋω）ので、フォトニック結晶内の光伝播は、「表面からの垂線を反映した補助線」と「フォトニック結晶中での分散面」の交点から分散面と垂直な方向に伝播していくことになり、図１５（ｂ）中の「フォトニック結晶中での光伝播」の矢印で示した方向に光は伝播する。以上のように、光は、フォトニック結晶中で、通常の光学媒質とは大きく異なった挙動を示す。
【００２５】
次に、図１６−１（ａ）に示すように、屈折率 1.5 の通常光学媒質から、（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶に、（１１１）結晶面から、光が入射角θ１、θ２、θ３、θ４ で入射する場合を考える。
【００２６】
考え方は、上述の説明と同様であるが、結晶の表面（光の入射面）が異なるため、結晶表面において、ｋが保存しなければならない方向が異なってくるため、「表面からの垂線を反映した補助線」の描き方が異なってくる。
【００２７】
入射角θ１、θ２、θ３、θ４の場合の分散面による表記は、図１６−１（ｂ）、（ｃ）、図１６−２（ｄ）および（ｅ）に示す。
【００２８】
この考察から、フォトニック結晶内での光は、図１７（ａ）に示すように伝播する。さらに、フォトニック結晶から通常光学媒質へ光が出て行く際には、やはり、媒質境界面に平行なｋ成分が保存するという原理にしたがい、図１７（ｂ）に示すように、光の伝播方向は、元の伝播方向に戻される。
【００２９】
こうした光伝播の挙動のため、フォトニック結晶中で光が大きく曲げられても、（１１１）面側から光を入射し、（−１−１−１）面から光を取り出す限り、光の入射角を拡大して、出射角の振れ角として取り出すような光走査デバイスとして利用することはできないという問題がある。なお、本明細書および特許請求の範囲では、（１１１）と等価な結晶面で（１１１）と平行な面を（−１−１−１）と表現する。
【００３０】
本発明は、光走査デバイスとして用いる際に問題となるこの上記問題点を解決することをその目的としている。以下、各請求項毎のより具体的な目的について述べる。
【００３１】
ａ）請求項１記載の発明の目的
（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶において、光走査デバイスとして用いる際に、取り出し光の走査角度を大きくとれるようすることである。
【００３２】
ｂ）請求項２および請求項３記載の発明の目的
請求項１に記載の光学部品において、（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶となりえる誘電体周期構造体を具体的に提示することである。
【００３３】
ｃ）請求項４および請求項５記載の発明の目的
請求項１に記載の光学部品において、面心立方晶タイプのフォトニック結晶が良好な（１１１）配向を維持したまま、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を出すための構造を提示することである。
【００３４】
ｄ）請求項６および請求項７記載の発明の目的
請求項１に記載する光学部品を製造するにあたり、面心立方晶タイプのフォトニック結晶が良好な（１１１）配向を維持したまま、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を出すための製造方法を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明は、上記目的を達成するために次のような構成を有している。以下、請求項毎の構成を述べる。
【００３６】
ａ）請求項１記載の発明は、透明誘電体基板に形成された面心立方晶を有する誘電体周期構造体の（１１１）面が前記透明誘電体基板に接している光学部品であって、前記誘電体周期構造体の表面は（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を含むことを特徴としている。
【００３７】
ｂ）請求項２記載の発明は、請求項１に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体１中に球状の空隙が面心立方晶状に配置されており、この球状の空隙には前記透明誘電体１とは屈折率の異なる透明誘電体２が満たされた構造であることを特徴としている。
【００３８】
ｃ）請求項３記載の発明は、請求項１に記載の光学部品において、前記誘電体周期構造体は、透明誘電体中に球状の空隙が面心立方晶状に配置しているインバースオパール結晶であることを特徴としている。
【００３９】
ｄ）請求項４記載の発明は、請求項２に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板上の誘電体周期構造体は島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴としている。
【００４０】
ｅ）請求項５記載の発明は、請求項３に記載の光学部品において、前記透明誘電体基板上のインバースオパール結晶は島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状のパターン形状を有していることを特徴としている。
【００４１】
ｆ）請求項６記載の光学部品の製造方法の発明は、オパール結晶成長用基板の片側表面に、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状となるように凸パターンを形成し、凹部分に透明誘電体１の球状粒子によるオパール結晶を形成した後、上記オパール結晶を透明誘電体基板で挟み、前記オパール結晶の透明誘電体１の球状粒子間に流動体を注入し固化させることにより透明誘電体２とした後、前記オパール結晶成長用基板および前記凸パターンを除去することを特徴としている。
【００４２】
ｇ）請求項７記載の光学部品の製造方法の発明は、オパール結晶成長用基板の片側表面に、凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状となるように、凸パターンを形成し、凹部分に球状粒子によるオパール結晶を形成した後、上記オパール結晶を透明誘電体基板で挟み、前記オパール結晶の球状粒子間に流動体を注入し固化させることにより透明誘電体とした後に、前記球状粒子と前記オパール結晶成長用基板および前記凸パターンを除去することを特徴としている。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶において、光走査デバイスとして用いる際に取り出し光の走査角度を大きくとれるようになる。以下、各請求項毎の効果を述べる。
【００４４】
ａ）請求項１記載の発明の効果
請求項１に記載の光学部品は、フォトニック結晶が結晶内で大きな振れ角をとれるという特性を活かして、光の大きな走査角を得られるようになる。
【００４５】
ｂ）請求項２記載の発明の効果
請求項２に記載の光学部品は、光学部品のフォトニック結晶部を弱変調状態とすることが可能となる。
【００４６】
ｃ）請求項３記載の発明の効果
請求項３に記載する光学部品は、光学部品のフォトニック結晶部を強変調状態とすることが可能となる。
【００４７】
ｄ）請求項４および請求項５記載の発明の効果
請求項４に記載の光学部品は、パターンの周辺領域が（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面となっていることから、この領域を出射面とすることにより、出射光の走査角を大きくすることが可能になる。また、請求項５記載する光学部品は、パターンの形状から、光走査デバイスとして用いる際には、光の入射角度を傾斜させる方向がわかる。
【００４８】
ｅ）請求項６記載の発明の効果
請求項６に記載の光学部品の製造方法は、オパール結晶形成の際に、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状の凹パターンを形成し、この凹領域にオパール結晶を形成することにより、良好な（１１１）配向を有し、同時に、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を有したオパール結晶を形成することが可能となり、このオパール結晶の粒子間に誘電体が充填された弱変調状態のフォトニック結晶による光学部品の製造が可能になる。
【００４９】
ｆ）請求項７記載の発明の効果
請求項７に記載の光学部品の製造方法は、オパール結晶形成の際に、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状の凹パターンを形成し、この凹領域にオパール結晶を形成することにより、良好な（１１１）配向を有し、同時に、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を有したオパール結晶を形成することが可能となり、これを元型としてインバース構造とすることにより、強変調状態のフォトニック結晶による光学部品の製造が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
（発明の概要）
上で説明したように、誘電体基板上で（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶では、（１１１）面側から光を入れて、（−１−１−１）面側から光を取り出す限り、出射光は入射光と同じ方向に戻ってしまうため、光走査デバイスとして利用することはできない。そこで、本発明では、フォトニック結晶が（１１１）配向でありつつ、（１１１）面および（−１−１−１）面以外の面を含む構造とし、出射面をこの（１１１）面、（−１−１−１）面以外の面とすることにより、光の入射角を拡大して、出射角の振れ角として取り出せるようにしたものである。
【００５１】
（本発明の理論的説明）
まず、本発明の理論的な説明を、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施例に係る光学部品を示す図である。
本発明では、図１に示すように、透明誘電体基板１０の片面に（１１１）に配向した面心立方晶タイプのフォトニック結晶２０が形成されており、フォトニック結晶の表面の一部が（−１−１−１）面以外の面を有した構造となっている。
【００５２】
図１に示すように、上記の構造体において、真空から透明誘電体基板１０へ光が入射し、透明誘電体基板１０から、フォトニック結晶２０の（１１１）結晶面へと光が入り、フォトニック結晶２０中を光が伝播した後、（−１−１−１）面とは異なる傾斜面から光が出射する場合を考える。
【００５３】
以下からは、上で説明した方法と同様のｋ空間における分散面を用いた方法にて、光の伝播を説明するが、以下の説明では透明誘電体基板１０の屈折率は 1.5 としている。
【００５４】
また、（−１−１−１）面とは異なる傾斜面の傾斜角は、（−１−１−１）面から４８°傾いた面としているが、これは、分散面上で角伝播光およびｋベクトルを図示する際に、重なりが少なく見やすいという理由により選んだ。実際に使用する際には、この傾斜角によって、出射光の方向が異なるので、利用者が目的に合った傾斜角を選択すればよい。
【００５５】
また、以下の説明では、スーパープリズム効果がもっとも大きく現れるケースについて、すなわち、フォトニック結晶中の光の伝播方向が正方向から負の方向へ大きく変化する場合について説明する。これは、図１７（ｂ）中における入射角θ２からθ３への変化に対応したケースである。
【００５６】
まず、フォトニック結晶中の光伝播が正方向となる（図１７（ｂ）中のθ２に対応する）場合について、図２を用いて説明する。
【００５７】
図２（ａ）中で、“真空から誘電体基板への入射光ｋベクトル”の矢印の方向から、透明誘電体基板に光が入射する。
【００５８】
このとき、透明誘電体基板１０の表面に平行なｋの成分は、真空側と透明誘電体基板１０側で保存しなければならないので、“誘電体基板中での分散面”と“入射表面からの垂線を反映した補助線”との交点を、原点中心から指し示す矢印が、透明誘電体基板中でのｋベクトル（等方媒質なので光の伝播方向と一致している）となる。
【００５９】
透明誘電体基板の表面は、フォトニック結晶の（１１１）面と平行であるから、“入射表面からの垂線を反映した補助線”は、フォトニック結晶の（１１１）面の垂線と平行に引かれている。
【００６０】
次に、透明誘電体基板１０からフォトニック結晶２０に光が入射する場合は、図２（ｂ）に示すように、“フォトニック結晶中での分散面”と“入射表面からの垂線を反映した補助線” との交点を、原点中心から指し示す矢印が、フォトニック結晶中でのｋベクトルとなるが、分散面が等方的ではないため、ｋベクトルの方向と光の伝播方向は一致せず、図２（ｂ）中の“フォトニック結晶中での光伝播”の矢印の方向に光は伝播する。
【００６１】
最後に、フォトニック結晶２０の（−１−１−１）面から４８°傾いた面から真空へ、光が出射される場合は、図２（ｃ）のように、“真空中での分散面”と“出射表面からの垂線を反映した補助線” との交点を、原点中心から指し示す矢印が、出射光の方向となる。
【００６２】
出射面は（−１−１−１）面から４８°傾いているので、“出射表面からの垂線を反映した補助線”は、“入射表面からの垂線を反映した補助線”から見て、４８°傾いている。
【００６３】
フォトニック結晶中の光伝播が負方向となる（図１７中のθ３に対応する）場合についても、上記と同様の手順にて、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、透明誘電体基板１０中の光伝播、フォトニック結晶２０中の光伝播、出射光の方向を得ることができる。
【００６４】
図２、図３の結果を用いて、図１の構造体中の光伝播および出射光を図示すると、図４のようになり、光の入射角を拡大して、出射角の振れ角として取り出せるようになる。
【００６５】
（実施例の説明）
次に、本発明の光学素子の実施例を、図面を用いて、その製造方法と合わせて詳細に説明する。
【００６６】
（実施例１）
本実施例は、請求項１、請求項２、請求項４および請求項６に係る発明の実施例である。
【００６７】
本実施例において、粒径 350 nm の球形状単分散シリカ粒子をエタノール分散媒中に 4 wt％で分散させた原料液をオパール結晶成長用の容器に入れて、用意する。
【００６８】
オパール結晶成長用基板は、シリコン基板を利用し、アセトン超音波洗浄を行った後、濃硫酸と過酸化水素水の混合液に１時間浸漬し、純水リンス後に乾燥させた後、感光性樹脂を用いてパターニングすることにより、凸パターンを形成する。
【００６９】
本発明の請求項で述べている“凹凸パターンの稜および谷が直線で構成され、且つ、凹部分の形状が、島状、もしくは、帯状、もしくは、帯により連結された島状”とは、図５に示すようなパターンのことを述べている。
【００７０】
本実施例では、パターン形状は、図５（ａ）に示すように凹領域３２の形状が島状となるパターンを用いた。パターニング後、ベーキング条件を適切に設定することにより、凸領域３１の部分の壁が適度にだれて、凸パターンの壁を傾斜面とすることができる。
【００７１】
以上のようにして作成したオパール結晶成長用基板４０を、図６に示すように、立てた状態で、先に用意しておいた成長用容器内の原料液に漬けて、恒温雰囲気４１の雰囲気温度50℃に保ち、放置する。
【００７２】
原料液は次第に乾燥し、原料液が後退したあとにオパール結晶が形成されるが、オパール結晶は、パターンの凹領域に優先的に形成される。必要領域長が得られた時点で、オパール結晶成長用基板４０を引き上げて回収する。
【００７３】
オパール結晶の膜厚は、原料液濃度と原料液の乾燥速度により制御が可能で、凸パターンの壁の高さに合わせた膜厚のオパール結晶を凹領域に形成することができる。
【００７４】
また、この際に、条件に合わせて、適度な電解質を原料液に加えると、オパール結晶の膜厚の均一性も確保できる。
【００７５】
また、パターンの凹領域に形成されるオパール結晶の粒子４３の配列は、図７に示すように、凸領域４２に囲まれた凹領域のパターンの壁に沿って並ぶため、パターン形状により、結晶の面内方位を制御することができる。４４は入射光の傾斜方向（{１１０}断面）を示す。
【００７６】
本発明では、このパターンの壁に沿って粒子を規則正しく並べる効果を得るために、パターン形状は、直線で構成された幾何学形状としている。
【００７７】
また、同じ理由により、図５（ａ）に示すような島状パターンの場合は、隣り合う辺の間の角度は120度、あるいは60度であることが望ましい。
【００７８】
以上のように、シリコン基板５０上の感光性樹脂層５１に設けられた凹領域にオパール結晶５２を形成した後、図８に示すように、オパール結晶５２が形成された面に、透明樹脂基板５３を貼り合わせる。貼りあわせた面間に狙いとする屈折率の樹脂を注入し、固化させる。
【００７９】
この後、シリコン基板５０と感光性樹脂層５１による凸パターンを、ＫＯＨなどのアルカリ液を用いて除去することにより、図９に示すような、透明樹脂基板５５上に傾斜面５７を有し、上面が（−１−１−１）面の誘電体１と誘電体２による弱変調フォトニック結晶５６からなる光学部品を得ることができる。
【００８０】
本発明では、光学部品のフォトニック結晶部分の形状より、使用する際に、どの方向に入射光を傾斜させればよいを確認することができる（図７および図９）。
【００８１】
図８および図９では、形状がよくわかるように、１個の島だけを書き出したが、実際には、図５（ａ）に示すような多数の凸領域（感光性樹脂）３１と凹領域（石英）３２からなる島状パターンの繰り返しパターン、図５（ｂ）に示すような複数の多数の凸領域（感光性樹脂）３３と凹領域（石英）３４からなる帯状パターンの繰り返しパターン、図５（ｃ）に示すような多数の凸領域（感光性樹脂）３５と凹領域（石英）３６からなる帯により連結された島状パターンであってもよい。
【００８２】
（実施例２）
本実施例は、請求項１、請求項３、請求項５および請求項７に係る発明の実施例である。
【００８３】
実施例１と同様に、粒径 350 nm の球形状単分散シリカ粒子をエタノール分散媒中に 4 wt％で分散させた原料液をオパール結晶成長用の容器に入れて、用意する。
【００８４】
本実施例では、オパール結晶成長用基板にパイレックス（登録商標）ガラス基板を利用する。この後の洗浄工程およびパターン形成工程は実施例１と同様で、アセトン超音波洗浄を行った後、濃硫酸と過酸化水素水の混合液に１時間浸漬し、純水リンス後に乾燥させた後、感光性樹脂を用いてパターニングすることにより、凸パターンを形成する。
【００８５】
パターン形状は、図５（ａ）に示すように凹領域の形状が島状となるパターンを用いた。パターニング後、適切においてベーキングをすることにより、凸パターンの壁を所望の傾斜角度にする。
【００８６】
以上のようにして作成したオパール結晶成長用基板４０を、図６に示すように、立てた状態で、先に用意しておいた成長用容器内の原料液に漬けて、恒温雰囲気４１の雰囲気温度50℃に保ち、放置する。
【００８７】
原料液は次第に乾燥し、原料液が後退したあとにオパール結晶が形成されるが、オパール結晶は、パターンの凹領域に優先的に形成される。必要領域長が得られた時点で、オパール結晶成長用基板４０を引き上げて回収する。
【００８８】
以上のようにして、パイレックス（登録商標）ガラス基板６０上の感光性樹脂層６１に設けられた凹領域にオパール結晶６２を形成した後、図１０に示すように、オパール結晶６２が形成された面に、透明樹脂基板６３を貼り合わせる。貼りあわせた面間に狙いとする屈折率の樹脂を注入し、固化させる。
【００８９】
この後、パイレックス（登録商標）ガラス基板６０、シリカ粒子および感光性樹脂による凸パターンをフッ酸を用いて除去することにより、図１１に示すような、透明樹脂基板６５上に傾斜面６７を有し、上面が（−１−１−１）面のインバース構造による強変調フォトニック結晶６６からなる光学部品を得ることができる。
【００９０】
図１０および図１１では、形状がよくわかるように、１個の島だけを書き出したが、実際には、図５（ａ）に示すような多数の凸領域（感光性樹脂）３１と凹領域（石英）３２からなる島状パターンの繰り返しパターン、図５（ｂ）に示すような複数の多数の凸領域（感光性樹脂）３３と凹領域（石英）３４からなる帯状パターンの繰り返しパターン、図５（ｃ）に示すような多数の凸領域（感光性樹脂）３５と凹領域（石英）３６からなる帯により連結された島状パターンであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】真空〜透明誘電体基板〜フォトニック結晶への入射・伝播を説明するための図である。
【図２】真空〜透明誘電体基板〜フォトニック結晶への入射・伝播を説明するための図である（θ２の場合）。
【図３】真空〜透明誘電体基板〜フォトニック結晶への入射・伝播を説明するための図である（θ３の場合）。
【図４】本発明の光学部品による光伝播例を示す図である（真空〜透明誘電体基板〜フォトニック結晶への入射・伝播）。
【図５】パターン形状を説明するための図である。
【図６】オパール結晶成長法を説明するための図である。
【図７】基板のパターンにより方位が制御された粒子配列を説明するための図である。
【図８】オパール結晶と透明誘電体基板との貼りあわせを説明するための図である。
【図９】実施例１による光学部品を示す図である。
【図１０】オパール結晶と透明誘電体基板との貼りあわせを説明するための図である。
【図１１】実施例２による光学部品を示す図である。
【図１２】スーパープリズム効果を説明するための図である。
【図１３】スーパーコリメート効果を説明するための図である。
【図１４】分散面による光伝播の考察（通常光学媒質）を示す図である。
【図１５】分散面による光伝播の考察を示す図である（（００１）配向フォトニック結晶）。
【図１６−１】分散面による光伝播の考察を示す図である（（１１１）配向フォトニック結晶；その１）。
【図１６−２】分散面による光伝播の考察を示す図である（（１１１）配向フォトニック結晶；その２）。
【図１７】通常光学媒質からフォトニック結晶への入射・伝播を説明するための図である。
【符号の説明】
【００９２】
Ａ：入射光
Ｂ：出射光
１０：透明誘電体基板
２０：フォトニック結晶
３１，３３，３５：凸領域（感光性樹脂）
３２，３４，３６：凹領域（石英）
４０：オパール結晶成長用基板
４１：恒温雰囲気
４２：凸領域
４３：粒子
４４：入射光の傾斜方向（｛１１０｝断面）
５０：シリコン基板
５１：パターン形成のための感光性樹脂層
５２：オパール結晶
５３，５５：透明樹脂基板
５６：誘電体１および誘電体２による弱変調フォトニック結晶
５７：傾斜面
６０：パイレックス（登録商標）ガラス基板
６１：パターン形成のための感光性樹脂層
６２：オパール結晶
６３：透明樹脂基板
６５：透明樹脂基板
６６：インバース構造による強変調フォトニック結晶
６７：傾斜面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６−１】
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【図１６−２】
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【図１７】
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