(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を材料とする光素子からなる光学デバイスであって、第１の端面に一定の入射角で入射した特定の波長の光を第２の端面から所望の方向へ出射させるように、第１及び第２の端面のなす角度が決められている光素子であり、有機フォトニック結晶が生物分解性材料であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項２】
第１及び第２の通常媒質の間に、位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を介在させることによって構成される光素子からなる光学デバイスであって、第１の境界面に一定の入射角で入射した特定の波長の光を第２の境界面から所望の方向へ出射させるように、第１及び第２の境界面のなす角度が決められている光素子であり、有機フォトニック結晶が生物分解性材料であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項３】
位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を材料とする光偏向素子からなる光学デバイスであって、第１の端面に異なる入射角で入射した同一の波長の光を第２の端面から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形状が決められている光偏向素子であって、有機フォトニック結晶が生物分解性材料であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項４】
位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を材料とする光偏向素子からなる光学デバイスであって、第１の端面に同一の入射角で入射した異なる波長の光を第２の端面から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形状が決められている光偏向素子であり、有機フォトニック結晶が生物分解性材料であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項５】
第１及び第２の通常媒質の間に、位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を介在させることによって構成される光偏向素子からなる光学デバイスであって、第１の境界面に異なる入射角で入射した同一の波長の光を第２の境界面から異なる方向へ出射させるように、第２の境界面の形状が決められている光偏向素子であり、有機フォトニック結晶が生物分解性材料であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項６】
第１及び第２の通常媒質の間に、位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を介在させることによって構成される光偏向素子からなる光学デバイスであって、第１の境界面に同一の入射角で入射した異なる波長の光を第２の境界面から異なる方向へ出射させるように、第２の境界面の形状が決められている光偏向素子であり、有機フォトニック結晶が生物分解性材料であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項７】
第１の端面又は前記第１の境界面において、入射光の伝播方向が入射角又は波長に応じて分離され、前記第２の端面又は前記第２の境界面において、分離された各々の光が異なる方向へ出射される請求項３から６のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項８】
通常媒質の材料が、前記有機フォトニック結晶を構成する材料と同じである請求項２、５、及び６のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項９】
請求項３及び５のいずれかに記載の光偏向素子と、
波長が一定の光を前記光偏向素子に向けて出力する光源と、
前記光偏向素子を振動させることによって、前記光偏向素子によって偏向された光を対象物に走査させる共振ヘッドと、
を具備する走査装置であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１０】
請求項４及び６のいずれかに記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子に向けて出力する光の波長を変えることによって、前記光偏向素子によって偏向された光を対象物に走査させる光源と、
を具備する走査装置であることを特徴とする光学デバイス。
【請求項１１】
有機フォトニック結晶が、一次元及び多次元のいずれかの周期構造を有し、該周期構造の少なくとも一部が有機化合物で形成された請求項１から１０のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１２】
フォトニックバンドギャップが存在する請求項１１に記載の光学デバイス。
【請求項１３】
生物分解性材料によるシート状有機分子の層を複数有してなり、隣接する層の間に空隙が形成された一次元周期構造を少なくとも有する請求項１から１２のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１４】
生物分解性材料による棒状有機分子を並列してなる層を複数有してなり、隣接する層の間に空隙が形成された一次元周期構造を少なくとも有する請求項１から１２のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１５】
生物分解性材料による棒状有機分子を複数立設してなり、隣接する棒状体同士の間に空隙が形成された二次元周期構造を少なくとも有する請求項１から１２のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１６】
生物分解性材料による棒状有機分子を同方向にかつ互いに接触しないように複数並列させた層を、該層における棒状有機分子の長さ方向が交互に略直交するようにして複数積層してなる三次元周期構造を少なくとも有する請求項１から１２のいずれかに記載の光学デバイス。
【請求項１７】
シート状有機分子がβ−シート・ポリペプチドである請求項１３に記載の光学デバイス。
【請求項１８】
棒状有機分子が、α−ヘリックス、ＤＮＡ及びアミロースから選択される少なくとも１種である請求項１４から１６のいずれかに記載の光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、環境に優しく、低コストで製造することができる高性能な有機フォトニック結晶を材料として用いた光素子、光偏向素子、光合波素子及び走査装置などの光学デバイスに関し、更に詳述すると、入射された光を所望の方向へ出射させる光素子、入射角又は波長の異なる光を異なる方向へ出射させる光偏向素子、入射角の異なる複数の光を同じ方向へ合波させる光合波素子、及びそのような光偏向素子を用いる走査装置などの光学デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光素子や光偏向素子として、プリズムや回折格子や凹レンズ等の受動素子が用いられている。また、近年、光偏向素子として、音響光学効果を応用した回折格子やガルバノスキャナ等の能動素子も用いられている。
音響光学効果を応用した回折格子は、硝子等の媒質中に疎密波（例えば、超音波）を伝播させて屈折率の周期的な変化を引き起こすことによって、光を異なる方向へ出射させる。一方、ガルバノスキヤナは、共振ヘッドでミラーを振ることによって、光を異なる方向へ出射させる。
【０００３】
近年、第１の媒質中に屈折率の異なる第２の媒質が光の波長程度の周期で配列された結晶構造を有し、従来の光学結晶と異なる光学特性を示す結晶（フォトニック結晶）の開発が進んでいる。このフォトニック結晶は、周期的に変化する屈折率分布を有しており、入射角や波長が僅かに異なる光を屈折させる方向を大きく変える効果（スーパープリズム効果）を示す。なお、フォトニック結晶が示す光学特性については、例えば、Ｈ．Ｋｏｓａｋａ等による「Ｓｕｐｅｒｐｒｉｓｍ  ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  ｉｎ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ  Ｖｏｌ．５８，Ｎｏ．１６，１９９８年１０月１５日）や特開２０００−６６００２号公報等に詳述されている。
【０００４】
このようなフォトニック結晶を材料とする光学素子が提案されている。例えば、特開２０００−５６１４６号公報には、基板の要所にフォトニック結晶を用いることによって、基板内で光を自己導波的に伝播させて所望の数に分波させる自己導波回路が開示されている。また、特開平１１−２７１５４１号公報には、２つのクラッドとフォトニック結晶を材料とし、２つのクラッドの間にフォトニック結晶を介在させた構造で光を波長成分毎に分波させる波長分波回路が開示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの公報に開示された技術は、光の分波が目的であって、例えば、入射角や波長の異なる光を異なる方向に偏向させる光偏向素子として利用することはできない。このように、フォトニック結晶を材料とする光素子、光偏向素子、光合波素子及び走査装置などの光学デバイスについては、依然として開発されていない。
【０００６】
一方、フォトニック結晶に所望の特性を発現させるためには、該フォトニック結晶が極めて高精度に製造される必要がある。極めて高精度な加工を施すには無機材料の方が容易であることから、現在提案されているフォトニック結晶は、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＯ２、Ｓｉ、ＴｉＯ２、ＰＳ等の無機材料を用いて、ドライ又はウェット・エッチング、選択成長等の方法により形成されたものが殆どである。
【０００７】
しかしながら、これらの無機材料を用いて高精度な加工を施したフォトニック結晶は、高コストである上、廃棄プロセス等において環境汚染等の問題もある。しかも前記無機材料の場合、構造物のディメンジョン（直径、長さ）等の制御が容易でない、屈折率の制御が困難である、パターニングが容易でない、ナノオーダーの精度の構造を形成するのが容易でない、親水性・疎水性等の機能の付加が容易でない、等の問題もある。従って、環境に優しいエコ材料で形成され、低コストで得られ、光素子、光偏向素子、光合波素子及び走査装置などの光学デバイスに好適なフォトニック結晶は、未だ提供されていないのが現状である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況下、従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明は、環境に優しく、低コストで製造できる高性能な有機フォトニック結晶を材料として形成され、素子の大型化やコスト高を招くことなく、特定与の波長の光の進行方向を大きく変えて、その光を所望の方向に取り出すことができる光素子からなる光学デバイスを提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、環境に優しく、低コストで製造できる高性能な有機フォトニック結晶を材料として形成され、素子の大型化やコスト高を招くことなく、入射角又は波長の異なる光を異なる出射角で広範囲に偏向することができる光偏向素子からなる光学デバイスを提供することを第２の目的とする。
さらに、本発明は、環境に優しく、低コストで製造できる高性能な有機フォトニック結晶を材料として形成され、素子の大型化やコスト高を招くことなく、入射角の異なる入射光を同じ方向へ合波させることができる光合波素子からなる光学デバイスを提供することを第３の目的とする。
また、本発明は、環境に優しく、低コストで製造できる高性能な有機フォトニック結晶を材料として形成され、装置の大型化やコスト高を招くことなく、入射角又は波長の僅かな変化による広範囲な走査を高速で行うことができる走査装置からなる光学デバイスを提供することを第４の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段は、以下のとおりである。即ち、
＜１＞  位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を材料とする光素子からなる光学デバイスであって、第１の端面に一定の入射角で入射した特定の波長の光を第２の端面から所望の方向へ出射させるように、第１及び第２の端面のなす角度が決められている光素子であることを特徴とする光学デバイス。
＜２＞  第１及び第２の通常媒質の間に、位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を介在させることによって構成される光素子からなる光学デバイスであって、第１の境界面に一定の入射角で入射した特定の波長の光を第２の境界面から所望の方向へ出射させるように、第１及び第２の境界面のなす角度が決められている光素子であることを特徴とする光学デバイス。
＜３＞  位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を材料とする光偏向素子からなる光学デバイスであって、第１の端面に異なる入射角で入射した同一の波長の光を第２の端面から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形状が決められている光偏向素子であることを特徴とする光学デバイス。
＜４＞  位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を材料とする光偏向素子からなる光学デバイスであって、第１の端面に同一の入射角で入射した異なる波長の光を第２の端面から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形状が決められている光偏向素子であることを特徴とする光学デバイス。
＜５＞  第１及び第２の通常媒質の間に、位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を介在させることによって構成される光偏向素子からなる光学デバイスであって、第１の境界面に異なる入射角で入射した同一の波長の光を第２の境界面から異なる方向へ出射させるように、第２の境界面の形状が決められている光偏向素子であることを特徴とする光学デバイス。
＜６＞  第１及び第２の通常媒質の間に、位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を介在させることによって構成される光偏向素子からなる光学デバイスであって、第１の境界面に同一の入射角で入射した異なる波長の光を第２の境界面から異なる方向へ出射させるように、第２の境界面の形状が決められている光偏向素子であることを特徴とする光学デバイス。
＜７＞  第１の端面又は前記第１の境界面において、入射光の伝播方向が入射角又は波長に応じて分離され、前記第２の端面又は前記第２の境界面において、分離された各々の光が異なる方向へ出射される前記＜３＞から＜６＞のいずれかに記載の光学デバイス。
＜８＞  通常媒質の材料が、前記有機フォトニック結晶を構成する材料と同じである前記＜２＞、＜５＞及び＜６＞のいずれかに記載の光学デバイス。
＜９＞  前記＜３＞及び＜５＞のいずれかに記載の光偏向素子と、
波長が一定の光を前記光偏向素子に向けて出力する光源と、
前記光偏向素子を振動させることによって、前記光偏向素子によって偏向された光を対象物に走査させる共振ヘッドと、
を具備する走査装置であることを特徴とする光学デバイス。
＜１０＞  前記＜４＞及び＜６＞のいずれかに記載の光偏向素子と、
前記光偏向素子に向けて出力する光の波長を変えることによって、前記光偏向素子によって偏向された光を対象物に走査させる光源と、
を具備する走査装置であることを特徴とする光学デバイス。
＜１１＞  有機フォトニック結晶が、一次元及び多次元のいずれかの周期構造を有し、該周期構造の少なくとも一部が有機化合物で形成された前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の光学デバイス。
＜１２＞  フォトニックバンドギャップが存在する前記＜１１＞に記載の光学デバイス。
＜１３＞  生物分解性材料によるシート状有機分子の層を複数有してなり、隣接する層の間に空隙が形成された一次元周期構造を少なくとも有する前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の光学デバイス。
＜１４＞  生物分解性材料による棒状有機分子を並列してなる層を複数有してなり、隣接する層の間に空隙が形成された一次元周期構造を少なくとも有する前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の光学デバイス。
＜１５＞  生物分解性材料による棒状有機分子を複数立設してなり、隣接する棒状体同士の間に空隙が形成された二次元周期構造を少なくとも有する前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の光学デバイス。
＜１６＞  生物分解性材料による棒状有機分子を同方向にかつ互いに接触しないように複数並列させた層を、該層における棒状有機分子の長さ方向が交互に略直交するようにして複数積層してなる三次元周期構造を少なくとも有する前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の光学デバイス。
＜１７＞  シート状有機分子がβ−シート・ポリペプチドである前記＜１３＞に記載の光学デバイス。
＜１８＞  棒状有機分子が、α−ヘリックス、ＤＮＡ及びアミロースから選択される少なくとも１種である前記＜１４＞から＜１６＞のいずれかに記載の光学デバイス。
【００１０】
前記＜１＞の光学デバイスにおいては、光が光素子中を伝播する方向と、光が光素子から出射する方向とが第２の端面に対して同じ側である限り、第１の端面と第２の端面のなす角度を高い自由度で設定できる。また、この光素子は、受動素子であることから、入力に対する応答が非常に速い。従って、本発明に係る光素子によれば、素子自体の大型化やコスト高を招くことなく、特定の波長の光が進行する方向を大きく変えて、その光を所望の方向に取り出すことができる。
【００１１】
前記＜４＞及び＜５＞の光学デバイスにおいては、入射角又は波長の異なる光を第２の端面から異なる方向へ出射させるように、第２の端面の形状が決められている。これらの光偏向素子は、受動素子であることから、入力に対す．る応答が非常に速い。従って、本発明に係る光偏向素子によれば、素子自体の大型化やコスト高を招くことなく、入射角又は波長の異なる入射光を異なる方向へ広範囲に偏向することができる。
【００１２】
【００１３】
前記＜１０＞の光学デバイスにおいては、入射角の異なる複数の光を第２の端面において同じ方向へ合波させるように、第１の端面の形状が決められている。この光合波素子は、受動素子であることから、入力に対する応答が非常に速い。従って、本発明に係る光合波素子によれば、素子自体の大型化やコスト高を招くことなく、入射角の大きく異なる入射光を合波させて同一の方向へ出射させることができる。また、これらの光合波素子は、複数の光を合波させてより高い強度の光を生成したり、波長多重通信の波長混合器として用いることができる。
【００１４】
前記＜１３＞及び＜１４＞の光学デバイスを用いることによって、装置全体の大型化を伴うことなく、入射角又は波長の変化による広範囲な走査を高速で行うことができる。
【００１５】
前記＜１５＞から＜３３＞のいずれかに記載の光学デバイスによると、前記問題を解決することができ、環境に優しいエコ材料で形成され、ナノオーダーの精度のものを低コストで製造することができ、構造物のディメンジョン（直径、長さ）、屈折率等の制御が容易で、親水性・疎水性等の機能の付加が容易であり、光素子、光偏向素子、光合波素子、走査装置、等の光学デバイス材料として好適に利用されるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の光学デバイスの一実施形態について詳しく説明する。
【００１７】
＜光素子＞
図１は、本発明の一実施形態に係る光素子１０の形状を示す平面図である。なお、本実施形態においては、光素子の入射法線と、光が光素子から出射する方向とのなす角度を出射角と称している。
前記光素子１０は、図１に示したように、位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を材料として形成され、その第１の端面１１に一定の入射角で入射した特定の波長の光を第２の端面１２から所望の方向へ出射させるように、第１及び第２の端面のなす角度が決められている。
また、前記光素子は、別の態様として、第１及び第２の通常媒質の間に、位置によって屈折率が周期的に変化する有機フォトニック結晶を介在させることにより構成され、第１の境界面に一定の入射角で入射した特定の波長の光を第２の境界面から所望の方向へ出射させるように、第１及び第２の境界面のなす角度が決められている。
ここで、前記光素子１０は、入射された光を所望の方向へ出射させるのに用いられる受動素子であり、以下に詳細に説明する有機フォトニック結晶を材料として形成される。
【００１８】
−有機フォトニック結晶−
本発明の有機フォトニック結晶は、一次元及び多次元のいずれかの周期構造を少なくとも一部に有し、該周期構造の少なくとも一部が有機化合物で形成されている。
前記有機フォトニック結晶においては、その全部が前記有機化合物で形成されていてもよいし、その一部が前記有機化合物で形成されていてもよい。
【００１９】
本発明の有機フォトニック結晶は、光素子、光偏向素子、光合波素子、走査装置等の光学デバイスに応用乃至適用する観点からは、フォトニックバンドギャップが存在しているのが好ましい。
【００２０】
前記フォトニックバンドギャップは、あらゆる方向の光伝搬が禁止される禁制帯を意味する。この禁制帯に相当する周波数帯では、有機フォトニック結晶の外部の光は該有機フォトニック結晶の内部には進入することができず反射され、また、有機フォトニック結晶の内部の光は該フォトニック結晶の外部に漏出することができない。
【００２１】
本発明の有機フォトニック結晶にフォトニックバンドギャップが存在する場合、該フォトニックバンドギャップ中に不均一要素を導入すれば光の局在が起こり、共振周波数が現れるので、共振器、光導波路等の設計が容易である点で有利である。
【００２２】
本発明の有機フォトニック結晶にフォトニックバンドギャップが存在する場合、該有機フォトニック結晶における周期構造の周期は、該フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）によって制限される光の波長の約１／２程度必要であり、例えば、波長１μｍの光に対して該周期は約０．５μｍであることが必要であり、該有機フォトニック結晶部分の大きさは約０．２μｍであることが必要であり、この有機フォトニック結晶が５列程度必要である。なお、該有機フォトニック結晶において許容される寸法誤差は１０ｎｍ程度である。
【００２３】
本発明の有機フォトニック結晶における周期構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、一次元及び多次元から選択される。なお、前記多次元としては、二次元又は三次元が挙げられる。
【００２４】
ここで、本発明の有機フォトニック結晶における周期構造の具体例としては、表１及び図２〜８に示した、一次元周期構造、二次元周期構造、三次元周期構造などが挙げられる。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
前記一次元周期構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、図２に示すような深い回折格子型の周期構造、図３に示すようなエアギャップ型の周期構造、図４に示すようなエアブリッジ型の周期構造などが挙げられる。
【００２７】
前記二次元周期構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、図５に示すような垂直孔型の周期構造、図６に示すような柱型の周期構造などが挙げられる。
【００２８】
前記三次元周期構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、図７に示すような斜め孔型の周期構造、図８に示すような角材の積層型の周期構造、ハニカム状層の積層型の周期構造、球の堆積型の積層構造、などが挙げられる。
【００２９】
本発明においては、前記周期構造の中でも、以下の具体的な周期構造が好適に挙げられる。
前記一次元周期構造としては、シート状有機分子の層を複数有してなり、隣接する層の間に空隙が形成された一次元周期構造、棒状有機分子を並列してなる層を複数有してなり、隣接する層の間に空隙が形成された一次元周期構造、などが好適に挙げられる。
【００３０】
前記二次元周期構造としては、棒状有機分子を複数立設してなり、隣接する棒状体同士の間に空隙が形成された二次元周期構造、棒状有機分子を複数互いに密接した状態で立設してなり、該棒状有機分子の立設方向と同方向に複数の孔部が形成された二次元周期構造、などが好適に挙げられる。
【００３１】
前記三次元周期構造としては、棒状有機分子を同方向にかつ互いに接触しないように複数並列させた層を、該層における棒状有機分子の長さ方向が交互に略直交するようにして複数積層してなる三次元周期構造、棒状有機分子を同方向にかつ互いに接触しないように複数並列させた層と、板状体とを交互に複数積層してなる三次元周期構造、板状体上に、棒状有機分子を複数立設してなり、隣接する棒状体同士の間に空隙が形成された単位構造を複数有する三次元周期構造、板状体上に、棒状有機分子を複数互いに密接した状体で立設してなり、該棒状有機分子の立設方向と同方向に複数の孔部が形成された単位構造を複数有する三次元周期構造、などが好適に挙げられる。
【００３２】
−有機化合物−
前記有機化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、樹脂材料、生物分解性材料などが挙げられる。これらの中でも、環境への影響が少ない点で生物分解性材料が好ましい。
【００３３】
−−樹脂材料−−
前記樹脂材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、高精度の加工への適性の点で、例えば、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等の硬化性樹脂などが好適に挙げられる。
【００３４】
前記熱可塑性物質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、フッ素樹脂、ポリメタクリル酸メチルなど、重縮合系のポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、重付加系の熱可塑性ポリウレタン、開環重合系のポリアセタールなどが挙げられる。
【００３５】
前記硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、などが挙げられる。
前記硬化性樹脂は、ガラス繊維、木粉、パルプ、アスベスト、炭酸カルシウム等の充填材が添加されていてもよい。
【００３６】
−−生物分解性材料−−
前記生物分解性材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、生分解性プラスチック、タンパク、糖類、核酸、脂質などが挙げられる。
これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３７】
−−−生分解性プラスチック−−−
前記生分解性プラスチックとしては、例えば、カードラン、プルラン、バクテリアセルロース、ポリアミノ酸、キチン、キトサン、海産多糖類、セルロース等、また、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、ポリカプロラクトン、脂肪族共重合ポリエステル、ポリウレタン樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等の化学合成で得られるもの、などが挙げられる。
前記生分解性プラスチックは、目的に応じて、適宜選択した側鎖等を有していてもよい。
【００３８】
−−−タンパク−−−
前記タンパクとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、一次構造、二次構造、三次構造、四次構造のいずれであってもよいが、α−ヘリックス構造、β−シート構造などが好ましい。
前記タンパクを構成するアミノ酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、トリプトファン、メチオニン、グリシン、セリン、トレオニン、システイン、グルタミン、アスパラギン、チロシン、リジン、アルギニン、ヒスチジン、アスパラギン酸、グルタミン酸、などが挙げられる。
前記タンパクは、目的に応じて、適宜選択した糖鎖等を有していてもよい。
【００３９】
−−−糖類−−−
前記糖類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、公知の多糖類が挙げられ、具体的には、セルロース、キチン、デンプン、グリコーゲン等、また、ヒアルロン酸、コンドロイチン硫酸、ヘパリン等のヘテロ多糖、ペプチドグリカン等の糖タンパク、などが挙げられる。
前記糖類は、目的に応じて、適宜選択した側鎖等を有していてもよい。
【００４０】
−−−核酸−−−
前記核酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡなどが挙げられる。
前記核酸は、目的に応じて、適宜選択した側鎖等を有していてもよい。
【００４１】
−−−脂質−−−
前記脂質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、中性脂肪、ろう等の単純脂質、グリセロリン脂質、スフィンゴリン脂質、糖脂質等の複合脂質、などが挙げられる。
前記脂質は、目的に応じて、適宜選択した側鎖等を有していてもよい。
【００４２】
本発明においては、前記有機化合物の中でも、棒状有機分子、シート状有機分子等が特に好ましい。
【００４３】
−−棒状有機分子−−
前記棒状有機分子としては、その形状、構造、材質等について特に制限はなく、本発明の効果を害しない範囲内において適宜選択することができるが、例えば、生体高分子、多糖類、液晶、ロッド型ポリマーなどが挙げられる。
【００４４】
前記生体高分子としては、例えば、導電性繊維状蛋白、α−ヘリックス・ポリペプチド、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）などが好適に挙げられる。該導電性繊維状蛋白としては、例えば、α−ケラチン、ミオシン、エピダーミン、フィブリノゲン、トロポマイシン、絹フィブロイン等のα−ヘリックス構造を有するものが挙げられる。
前記多糖類としては、例えば、アミロースなどが好適に挙げられる。
【００４５】
前記液晶としては、例えば、棒状液晶性分子、ディスコティック液晶分子、あるいはこれらの液晶にナノ構造体を添加して該液晶を一次元乃至３次元の結晶化したもの、などが挙げられる。
【００４６】
前記棒状液晶分子としては、例えば、アゾメチン化合物、アゾキシ化合物、シアノビフェニル化合物、シアノフェニルエステル化合物、安息香酸エステル化合物、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル化合物、シアノフェニルシクロヘキサン化合物、シアノ置換フェニルピリミジン化合物、アルコキシ置換フェニルピリミジン化合物、フェニルジオキサン化合物、トラン化合物、アルケニルシクロヘキシルベンゾニトリル化合物などが挙げられる。また、高分子液晶性分子も好適に挙げられる。
【００４７】
前記ディスコティック液晶性分子としては、種々の文献（Ｃ．Ｄｅｓｔｒａｄｅ．，ｅｔａｌ．，Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｒ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．，ｖｏｌ．７１，ｐａｇｅ１１１（１９８１）；日本化学会編、李刊化学総説、Ｎｏ．２２、液晶の化学、第５章、第１０章第２節（１９９４）；Ｂ．Ｋｏｈｎｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｎｇｅｗ，Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍ．ｐａｇｅ  １７９４（１９８５）；Ｊ．Ｚｈａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏ１  １１６，ｐａｇｅ  ２６５５（１９９４））、及び、特開平５−５８３７号、特開平８−２７２８４号、特開平８−３３４６２１号、特開平９−１０４６５６号の各公報に記載の化合物などが挙げられる。
【００４８】
前記ナノ構造体としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、シリコン、金等の微粒子、液滴、などが挙げられる。
前記ナノ構造体は、結晶化された液晶中では、通常、数ｎｍ〜数１００ｎｍ程度の間隔で位置している。
【００４９】
前記ロッド型ポリマーは、前記熱可塑性樹脂等の樹脂材料のモノマー分子を自己組織化させることにより三次元のロッド型に集合させてなるポリマーである。
前記ロッド型ポリマーは、例えば、前記モノマー分子を機械的結合や分子間力等により連鎖・集合させることにより、チューブ状、繊維状等のロッド型ポリマーが得られる。
【００５０】
前記棒状有機分子の中でも、安定に棒状を維持することができる点で、前記ナノ構造体により棒状結晶化した液晶、ロッド型ポリマー、分子がらせん構造を有するらせん状有機分子、などが好ましい。
【００５１】
前記らせん状有機分子としては、上述したものの内、α−ヘリックス・ポリペプチド、ＤＮＡ、アミロースなどが該当し、これらの中でも、α−ヘリックス・ポリペプチド、ＤＮＡ及びアミロースから選択される少なくとも１種であるのが好ましく、α−ヘリックス・ポリペプチドがより好ましい。
【００５２】
前記棒状有機分子の外径としては、特に制限はなく、本発明の効果を害しない範囲内において適宜選択することができるが、該棒状有機分子を立設して使用する場合には、例えば、１０〜１００ｎｍ程度である。
前記棒状有機分子の外径は、例えば、側鎖の導入、螺旋軸に棒状部材の導入、該棒状有機分子の複数束化などにより適宜調整することができる。
【００５３】
前記棒状有機分子の長さとしては、特に制限はなく、本発明の効果を害しない範囲内において適宜選択することができるが、該棒状有機分子を立設して使用する場合には、例えば、１００〜１００００ｎｍ程度であり、該棒状有機分子を並列して使用する場合には、例えば、１００〜１００００ｎｍ程度である。
前記棒状有機分子の長さは、例えば、重合度の変更、棒状有機分子の結合、側鎖の導入などにより適宜調整することができる。
【００５４】
〔α−ヘリックス・ポリペプチド〕
前記α−ヘリックス・ポリペプチドは、ポリペプチドの二次構造の一つであり、アミノ酸３．６残基ごとに１回転（１らせんを形成）し、４番目ごとのアミノ酸のイミド基（−ＮＨ−）とカルボニル基（−ＣＯ−）との間に螺旋軸とほぼ平行な水素結合を作り、７アミノ酸を一単位として繰り返すことによりエネルギー的に安定な構造を有している。
【００５５】
前記α−ヘリックス・ポリペプチドのらせん方向としては、特に制限はなく、右巻きであってもよいし、左巻きであってもよい。なお、天然には安定性の点から前記らせん方向が右巻きのものしか存在しない。
【００５６】
前記α−ヘリックス・ポリペプチドを形成するアミノ酸としては、α−ヘリックス構造を形成可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、該α−ヘリックス構造を形成し易いものが好ましく、このようなアミノ酸としては、例えば、アスパラギン酸（Ａｓｐ）、グルタミン酸（Ｇｌｕ）、アルギニン（Ａｒｇ）、リジン（Ｌｙｓ）、ヒスチジン（Ｈｉｓ）、アスパラギン（Ａｓｎ）、グルタミン（Ｇｌｎ）、セリン（Ｓｅｒ）、スレオニン（Ｔｈｒ）、アラニン（Ａｌａ）、バリン（Ｖａｌ）、ロイシン（Ｌｅｕ）、イソロイシン（Ｉｌｅ）、システイン（Ｃｙｓ）、メチオニン（Ｍｅｔ）、チロシン（Ｔｙｒ）、フェニルアラニン（Ｐｈｅ）、トリプトファン（Ｔｒｐ）などが好適に挙げられる。これらは、１種単独で使用されてもよいし、２種以上が併用されてもよい。
【００５７】
前記α−ヘリックス・ポリペプチドの親性としては、前記アミノ酸を適宜選択することにより、親水性、疎水性、両親媒性のいずれにも変え得るが、前記親水性とする場合、前記アミノ酸としては、セリン（Ｓｅｒ）、スレオニン（Ｔｈｒ）、アスパラギン酸（Ａｓｐ）、グルタミン酸（Ｇｌｕ）、アルギニン（Ａｒｇ）、リジン（Ｌｙｓ）、アスパラギン（Ａｓｎ）、グルタミン（Ｇｌｎ）などが好適に挙げられ、前記疎水性とする場合、前記アミノ酸としては、フェニルアラニン（Ｐｈｅ）、トリプトファン（Ｔｒｐ）、イソロイシン（Ｉｌｅ）、チロシン（Ｔｙｒ）、メチオニン（Ｍｅｔ）、ロイシン（Ｌｅｕ）、バリン（Ｖａｌ）などが挙げられる。
【００５８】
また、前記α−ヘリックス・ポリペプチドにおいては、該α−ヘリックスを形成する前記アミノ酸における、ペプチド結合を構成しないカルボキシル基を、エステル化することにより疎水性にすることができ、一方、該エステル化されたカルボキシル基を加水分解することにより親水性にすることができる。
【００５９】
前記アミノ酸としては、Ｌ−アミノ酸、Ｄ−アミノ酸、これらの側鎖部分が修飾された誘導体などのいずれであってもよい。
【００６０】
前記α−ヘリックス・ポリペプチドにおけるアミノ酸の結合個数（重合度）としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、１０〜５０００であるのが好ましい。
前記結合個数（重合度）が、１０未満であると、ポリアミノ酸が安定なα−ヘリックスを形成できなくなることがあり、５０００を超えると、垂直配向させることが困難となることがある。
【００６１】
前記α−ヘリックス・ポリペプチドの具体例としては、例えば、ポリ（γ−メチル−Ｌ−グルタメート）、ポリ（γ−エチル−Ｌ−グルタメート）、ポリ（γ−ベンジル−Ｌ−グルタメート）、ポリ（Ｌ−グルタミン酸−γ−ベンジル）、ポリ（ｎ−ヘキシル−Ｌ−グルタメート）等のポリグルタミン酸誘導体、ポリ（β−ベンジル−Ｌ−アスパルテート）等のポリアスパラギン酸誘導体、ポリ（Ｌ−ロイシン）、ポリ（Ｌ−アラニン）、ポリ（Ｌ−メチオニン）、ポリ（Ｌ−フェニルアラニン）、ポリ（Ｌ−リジン）−ポリ（γ−メチル−Ｌ−グルタメート）などのポリペプチド、が好適に挙げられる。
【００６２】
前記α−ヘリックス・ポリペプチドとしては、市販のものであってもよいし、公知文献等に記載の方法に準じて適宜合成乃至調製したものであってもよい。
【００６３】
前記α−ヘリックス・ポリペプチドの合成の一例として、ブロックコポリペプチド〔ポリ（Ｌ−リジン）２５−ポリ（γ−メチル−Ｌ−グルタメート）６０〕ＰＬＬＺ２５−ＰＭＬＧ６０の合成をここで示すと次の通りである。即ち、ブロックコポリペプチド〔ポリ（Ｌ−リジン）２５−ポリ（γ−メチル−Ｌ−グルタメート）６０〕ＰＬＬＺ２５−ＰＭＬＧ６０は、下記式で示したように、ｎ−ヘキシルアミンを開始剤として用い、Ｎε−カルボベンゾキシ  Ｌ−リジン  Ｎα−カルボキシ酸無水物（ＬＬＺ−ＮＣＡ）の重合を行い、続けてγ−メチル  Ｌ−グルタメート  Ｎ−カルボキシ酸無水物（ＭＬＧ−ＮＣＡ）の重合を行うことにより合成することができる。
【００６４】
【化１】
0004294898.tif 000003
【００６５】
前記α−ヘリックス・ポリペプチドの合成は、上記方法に限られず、遺伝子工学的方法により合成することもできる。具体的には、前記目的とするポリペプチドをコードするＤＮＡを組み込んだ発現ベクターにより宿主細胞を形質転換し、この形質転換体を培養すること等により製造することができる。
前記発現ベクターとしては、例えば、プラスミドベクター、ファージベクター、プラスミドとファージとのキメラベクター、などが挙げられる。
前記宿主細胞としては、大腸菌、枯草菌等の原核微生物、酵母菌等の真核微生物、動物細胞などが挙げられる。
【００６６】
また、前記α−ヘリックス・ポリペプチドは、α−ケラチン、ミオシン、エピダーミン、フィブリノゲン、トロポマイシン、絹フィブロイン等の天然の導電性繊維状蛋白からそのα−ヘリックス構造部分を切り出すことにより調製してもよい。
【００６７】
〔ＤＮＡ〕
前記ＤＮＡは、１本鎖ＤＮＡであってもよいが、安定に棒状を維持することができ、内部に他の物質をインターカレートできる等の点で２本鎖ＤＮＡであるのが好ましい。
前記２本鎖ＤＮＡは、一つの中心軸の回りに、右巻きらせん状の２本のポリヌクレオチド鎖が互いに逆方向に延びた状態で位置して形成された２重らせん構造を有する。
前記ポリヌクレオチド鎖は、アデニン（Ａ）、チミン（Ｔ）、グアニン（Ｇ）及びシトシン（Ｃ）の４種類の核酸塩基で形成されており、前記ポリヌクレオチド鎖において前記核酸塩基は、中心軸に対して垂直な平面内で互いに内側に突出した形で存在して、いわゆるワトソン−クリック型塩基対を形成し、アデニンに対してはチミンが、グアニンに対してはシトシンが、それぞれ特異的に水素結合している。その結果、前記２本鎖ＤＮＡにおいては、２本のポリペプチド鎖が互いに相補的に結合している。
【００６８】
前記ＤＮＡは、公知のＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法、ＬＣＲ（Ｌｉｇａｓｅ  ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）法、３ＳＲ（Ｓｅｌｆ−ｓｕｓｔａｉｎｅｄ  Ｓｅｑｕｅｎｃｅ  Ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）法、ＳＤＡ（Ｓｔｒａｎｄ  Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法等により調製することができるが、これらの中でもＰＣＲ法が好適である。
【００６９】
また、前記ＤＮＡは、天然の遺伝子から制限酵素により酵素的に直接切り出して調製してもよいし、遺伝子クローニング法により調製してもよいし、化学合成法により調製してもよい。
【００７０】
前記遺伝子クローニング法の場合、例えば、正常核酸を増幅したものをプラスミドベクター、ファージベクター、プラスミドとファージとのキメラベクター等から選択されるベクターに組み込み、大腸菌、枯草菌等の原核微生物、酵母等の真核微生物、動物細胞などから選択される増殖可能な任意の宿主に導入することにより前記ＤＮＡを大量に調製することができる。
前記化学合成法としては、例えば、トリエステル法、亜リン酸法などのような、液相法又は不溶性の担体を使った固相合成法などが挙げられる。前記化学合成法の場合、公知の自動合成機等を用い、１本鎖のＤＮＡを大量に調製した後、アニーリングを行うことにより、２本鎖ＤＮＡを調製することができる。
【００７１】
〔アミロース〕
前記アミロースは、高等植物の貯蔵のためのホモ多糖類であるデンプンを構成するＤ−グルコースがα−１，４結合で直鎖状につながったらせん構造を有する多糖である。
前記アミロースの分子量としては、数平均分子量で、数千〜１５万程度が好ましい。
前記アミロースは、市販のものであってもよいし、公知の方法に従って適宜調製したものであってもよい。
なお、前記アミロースは、その一部にアミロペクチンが含まれていても構わない。
【００７２】
前記棒状有機分子の長さとしては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができる。
【００７３】
前記棒状有機分子の径としては、特に制限はないが、前記α−ヘリックス・ポリペプチドの場合には０．８〜２．０ｎｍ程度である。
【００７４】
前記棒状有機分子は、その全部が疎水性又は親水性であってもよく、また、その一部が疎水性又は親水性であり、他の部分が該一部と逆の親性を示す両親媒性であってもよい。
前記棒状有機分子が前記両親媒性であると、これを油相中又は水相中で分散させるとエマルジョンが得られ、成膜化が容易である、ＬＢ法（ラングミュア−ブロジェット法）により水面展開し、所望の基板上に分子を配列させることができる等の点で好ましい。
【００７５】
ここで、前記両親媒性の棒状有機分子の一例を図９に示す。図９において、棒状有機分子１は、その一端側に疎水性部１ａを、その他端側に親水性部１ｂを有する。
【００７６】
本発明においては、前記棒状有機分子の直鎖末端又は側鎖に、対象分子と相互作用可能な作用部を有していてもよい。該棒状有機分子が該作用部を有している場合、該作用部と相互作用する対象分子を用いることにより、該棒状有機分子の配置等の制御が容易となる点で有利である。具体的には、例えば基板上等に前記対象分子を配置させておき、該基板上に該対象分子と相互作用可能な作用部を有する棒状有機分子を付与すると、該作用分子と該作用部との相互作用により該棒状有機分子の該基板上での配置等を容易に制御することができる。
【００７７】
前記作用部としては、前記対象分子と相互作用できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記相互作用の態様としては、特に制限はないが、物理吸着、化学吸着などが挙げられる。これらは、例えば、水素結合、分子間力（ファン・デル・ワールス力）、配位結合、イオン結合、共有結合などが挙げられる。
【００７８】
前記作用部の具体例としては、例えば、包接化合物、抗体、核酸、ホルモンレセプター、レクチン、生理活性物質受容体などが好適に挙げられる。これらの中でも、任意の配線を容易に形成することができる点で、核酸が好ましく、１本鎖ＤＮＡ、ＲＮＡがより好ましい。
【００７９】
前記対象分子としては、前記作用部がそれぞれ、前記包接化合物の場合にはゲスト（包接される成分）であり、前記抗体の場合には抗原であり、前記核酸の場合には核酸、チューブリン、キチン等であり、前記ホルモンレセプターの場合にはホルモンであり、前記レクチンの場合には糖等であり、前記生理活性物質受容体の場合には生理活性物質である。
【００８０】
前記包接化合物としては、分子認識能（ホスト−ゲスト結合能）を有する限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、筒状（一次元）の空洞を有するもの、層状（二次元）の空洞を有するもの、かご状（三次元）の空洞を有するもの、などが好適に挙げられる。
【００８１】
前記筒状（一次元）の空洞を有する包接化合物としては、例えば、尿素、チオ尿素、デオキシコール酸、ジニトロジフェニル、ジオキシトリフェニルメタン、トリフェニルメタン、メチルナフタリン、スピロクロマン、ＰＨＴＰ（ペルヒドロトリフェニレン）、セルロース、アミロース、シクロデキストリン（但し、溶液中では前記空洞がかご状）などが挙げられる。
【００８２】
前記尿素が相互作用可能な対象分子としては、例えば、ｎ−パラフィン誘導体などが挙げられる。
前記チオ尿素が相互作用可能な対象分子としては、例えば、分岐状又は環状の炭化水素などが挙げられる。
前記デオキシコール酸が相互作用可能な対象分子としては、例えば、パラフィン類、脂肪酸、芳香族化合物などが挙げられる。
前記ジニトロジフェニルが相互作用可能な対象分子としては、例えば、ジフェニル誘導体などが挙げられる。
【００８３】
前記ジオキシトリフェニルメタンが相互作用可能な対象分子としては、例えば、パラフィン類、ｎ−アルケン類、スクアレンなどが挙げられる。
前記トリフェニルメタンが相互作用可能な対象分子としては、例えば、パラフィン類などが挙げられる。
前記メチルナフタリンが相互作用可能な対象分子としては、例えば、Ｃ１６までのｎ−パラフィン類、分岐状パラフィン類などが挙げられる。
前記スピロクロマンが相互作用可能な対象分子としては、例えば、パラフィン類などが挙げられる。
前記ＰＨＴＰ（ペルヒドロトリフェニレン）が相互作用可能な対象分子としては、例えば、クロロホルム、ベンゼン、各種高分子物質などが挙げられる。
前記セルロースが相互作用可能な対象分子としては、例えば、Ｈ２Ｏ、パラフィン類、ＣＣｌ４、色素、ヨウ素などが挙げられる。
前記アミロースが相互作用可能な対象分子としては、例えば、脂肪酸、ヨウ素などが挙げられる。
【００８４】
前記シクロデキストリンは、デンプンのアミラーゼによる分解で生成する環状のデキストリンであり、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリンの３種が知られている。本発明においては、前記シクロデキストリンとして、これらの水酸基の一部を他の官能基、例えば、アルキル基、アリル基、アルコキシ基、アミド基、スルホン酸基などに変えたシクロデキストリン誘導体も含まれる。
【００８５】
前記シクロデキストリンが相互作用可能な対象分子としては、例えば、チモール、オイゲノール、レゾルシン、エチレングリコールモノフェニルエーテル、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−ベンゾフェノン等のフェノール誘導体、サリチル酸、パラオキシ安息香酸メチル、パラオキシ安息香酸エチル等の安息香酸誘導体及びそのエステル、コレステロール等のステロイド、アスコルビン酸、レチノール、トコフェロール等のビタミン、リモネン等の炭化水素類、イソチオシアン酸アリル、ソルビン酸、ヨウ素分子、メチルオレンジ、コンゴーレッド、２−ｐ−トルイジニルナフタレン−６−スルホン酸カリウム塩（ＴＮＳ）などが挙げられる。
【００８６】
前記層状（二次元）の包接化合物としては、例えば、粘土鉱物、グラファイト、スメクタイト、モンモリロナイト、ゼオライトなどが挙げられる。
【００８７】
前記粘土鉱物が相互作用可能な対象分子としては、例えば、親水性物質、極性化合物などが挙げられる。
前記グラファイトが相互作用可能な対象分子としては、例えば、Ｏ、ＨＳＯ４−、ハロゲン、ハロゲン化物、アルカリ金属などが挙げられる。
前記モンモリロナイトが相互作用可能な対象分子としては、例えば、ブルシン、コデイン、ｏ−フェニレンジアミン、ベンジジン、ピペリジン、アデニン、グイアニン及びこれらのリポシドなどが挙げられる。
前記ゼオライトが相互作用可能な対象分子としては、例えば、Ｈ２Ｏなどが挙げられる。
【００８８】
前記かご状（三次元）の包接化合物としては、例えば、ヒドロキノン、気体水化物、トリ−ｏ−チモチド、オキシフラバン、ジシアノアンミンニッケル、クリプタンド、カリックスアレン、クラウン化合物などが挙げられる。
【００８９】
前記ヒドロキノンが相互作用可能な対象分子としては、例えば、ＨＣｌ、ＳＯ２、アセチレン、希ガス元素などが挙げられる。
前記気体水化物が相互作用可能な対象分子としては、例えば、ハロゲン、希ガス元素、低級炭化水素などが挙げられる。
前記トリ−ｏ−チモチドが相互作用可能な対象分子としては、例えば、シクロヘキサン、ベンゼン、クロロホルムなどが挙げられる。
前記オキシフラバンが相互作用可能な対象分子としては、例えば、有機塩基などが挙げられる。
前記ジシアノアンミンニッケルが相互作用可能な対象分子としては、例えば、ベンゼン、フェノールなどが挙げられる。
前記クリプタンドが相互作用可能な対象分子としては、例えば、ＮＨ４＋、各種金属イオンなどが挙げられる。
【００９０】
前記カリックスアレンは、フェノールとホルムアルデヒドとから適当な条件で合成されるフェノール単位をメチレン基で結合した環状オリゴマーであり、４〜８核体が知られている。これらの内、ｐ−ｔ−ブチルカリックスアレン（ｎ＝４）が相互作用可能な対象分子としては、例えば、クロロホルム、ベンゼン、トルエンなどが挙げられる。ｐ−ｔ−ブチルカリックスアレン（ｎ＝５）が相互作用可能な対象分子としては、例えば、イソプロピルアルコール、アセトンなどが挙げられる。ｐ−ｔ−ブチルカリックスアレン（ｎ＝６）が相互作用可能な対象分子としては、例えば、クロロホルム、メタノールなどが挙げられる。ｐ−ｔ−ブチルカリックスアレン（ｎ＝７）が相互作用可能な対象分子としては、例えば、クロロホルムなどが挙げられる。
【００９１】
前記クラウン化合物としては、電子供与性のドナー原子として酸素を持つクラウンエーテルのみではなく、そのアナログとして窒素、硫黄などのドナー原子を環構造構成原子として持つ大環状化合物を含み、また、クリプタンドを代表する２個以上の環よりなる複環式クラウン化合物も含まれ、例えば、シクロヘキシル−１２−クラウン−４、ジベンゾ−１４−クラウン−４、ｔ−ブチルベンゾ−１５−クラウン−５、ジベンゾ−１８−クラウン−６、ジシクロヘキシル−１８−クラウン−６、１８−クラウン−６、トリベンゾ−１８−クラウン−６、テトラベンゾ−２４−クラウン−８、ジベンゾ−２６−クラウン−６などが挙げられる。
【００９２】
前記クラウン化合物が相互作用可能な対象分子としては、例えば、Ｌｉ，Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属、Ｍｇ、Ｃａ等のアルカリ土類金属などの各種金属イオン、ＮＨ４＋、アルキルアンモニウムイオン、グアニジウムイオン、芳香族ジアゾニウムイオンなどが挙げられ、該クラウン化合物はこれらと錯体を形成する。また、該クラウン化合物が相互作用可能な対象分子としては、これら以外にも、酸性度が比較的大きいＣ−Ｈ（アセトニトリル、マロンニトリル、アジポニトリルなど）、Ｎ−Ｈ（アニリン、アミノ安息香酸、アミド、スルファミド誘導体など）、Ｏ−Ｈ（フェノール、酢酸誘導体など）ユニットを有する極性有機化合物などが挙げられ、該クラウン化合物はこれらと錯体を形成する。
【００９３】
−−シート状有機分子−−
前記シート状有機分子としては、その大きさ、形状、構造、材質等について特に制限はなく、本発明の効果を害しない範囲内において適宜選択することができるが、例えば、前記熱可塑性樹脂や硬化性樹脂等を成形してなるシート、β−シート・ポリペプチド、前記棒状有機分子を配列させてなる単分子膜又はそれによる積層膜、などが好ましい。
【００９４】
前記棒状有機分子を配列させてなる単分子膜又はそれによる積層膜としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択した方法により得ることができるが、例えば、前記両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチドを配列させてなる単分子膜又はそれによる積層膜の場合には、例えば、ラングミュア−ブロジェット法（ＬＢ法）に従って形成することができる。なお、その際、公知のＬＢ膜形成装置（例えば、日本レーザ＆エレクトロニクス・ラボラトリーズ社製のＮＬ−ＬＢ４００ＮＫ−ＭＷＣなどが好適に挙げられる）を使用することができる。
【００９５】
前記単分子膜は、例えば、α−ヘリックス・ポリペプチドを水面上（水相上）に浮かした状態で、即ち、図１０に示すように、α−ヘリックス・ポリペプチド１を配向させた状態で押出部材７を用いて基板５上に形成することができる。この操作を繰り返すことにより、基板５上に該単分子膜を任意の数だけ積層した前記積層膜を形成することができる。
このとき、基板５としては、特に制限はなく、目的に応じてその材質、形状、大きさ等を適宜選択することができるが、後述する板状体などが好ましく、その表面は、適宜、α−ヘリックス・ポリペプチド１が付着乃至結合し易くする目的で予め表面処理を行っておくのが好ましく、具体的には、α−ヘリックス・ポリペプチド１が親水性である場合には、オクタデシル・トリメチルシロキサンなどを用いた親水化処理等の表面処理を予め行っておくのが好ましい。
【００９６】
なお、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチドの単分子膜を形成する際に、該両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチドを油相又は水相上に浮かべた状態としては、図１１に示す通り、前記水相又は油相上で、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド１の疎水性部１ａ同士が互いに隣接して配向し、親水性部１ｂ同士が互いに隣接して配向している。
【００９７】
以上は前記α−ヘリックス・ポリペプチドが単分子膜の平面方向に配向（横に寝た状態）した単分子膜又はそれによる積層膜の例であるが、該α−ヘリックス・ポリペプチドが単分子膜の厚み方向に配向（立設した状態）した単分子膜は、例えば、以下のようにして形成することができる。即ち、図１２に示すように、まず、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド１を水面上（水相上）に浮かした状態（横に寝た状態）で、該水（水相）のｐＨを１２程度のアルカリ性にする。すると、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド１における親水性部１ｂが、そのα−ヘリックス構造が解けてランダムな構造をとる。このとき、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド１における疎水性部１ａはα−ヘリックス構造を維持したままである。次に、該水（水相）のｐＨを５程度の酸性にする。すると、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド１における親水性部１ｂが、再びα−ヘリックス構造をとるようになる。このとき、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド１に対し、該両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド１に当接させた押圧部材７をその側面からエアーの圧力で押すと、該両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド１は該水（水相）に対し立設した状態のままその親水性部１ｂが水相中でその水面と略直交する方向に向かってα−ヘリックス構造をとるようになる。そして、図１０を用いて上述したように、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド１を配向させた状態で押出部材７を用いて基板５上に押し出すことにより基板５上に単分子膜を形成することができる。この操作を繰り返すことにより、基板５上に該単分子膜を任意の数だけ積層した前記積層膜を形成することができる。
【００９８】
前記シート状有機分子の厚みとしては、特に制限はなく、本発明の効果を害しない範囲内において適宜選択することができるが、例えば、１０〜１００００ｎｍ程度である。
【００９９】
本発明においては、前記棒状有機分子の側鎖及び／又は前記シート状有機分子の側鎖に、高屈折率ナノ粒子がドープされているのが好ましい。一般にポリマーの屈折率は１．４〜１．６程度であるので、該高屈折率ナノ粒子をドープさせることにより、前記シート状有機分子及び／又は前記棒状有機分子の屈折率を向上乃至調整することができる点で好ましい。
【０１００】
前記高屈折率ナノ粒子としては、屈折率が、２以上であることが好ましく、３．０〜６．０であることがより好ましい。
前記屈折率が２以上であると、媒質（例えば、空気）との大きな屈折率差が生じ、明確な光の禁制帯（フォトニックバンドギャップ：ＰＢＧ）を形成することができる点で有利である。
なお、前記屈折率は、例えば、棒状有機分子の屈折率とドープした高屈折率粒子の屈折率の混合比率から計算による平均値（屈折率の加成性）から求めることができる。また、実際のサンプルをアッベの屈折計などで実測することも可能である。
【０１０１】
前記高屈折率ナノ粒子の具体例としては、金属原子、金属水酸化物、金属酸化物、金属硫化物、カーボン化合物、イオン化合物、ハロゲン原子、半導体結晶などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【０１０２】
前記金属原子としては、特に制限はないが、例えば、白金、金、銀、銅、クロム、鉄、ニッケル、コバルト、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、スズ、インジウムなどが挙げられる。
前記金属酸化物としては、特に制限はないが、例えば、前記金属原子の酸化物などが挙げられ、また、亜鉛華、酸化チタン、弁柄、酸化クロム、鉄黒、複合酸化物、チタンエロー、コバルトブルー、セルリアンブルー、コバルトグリーン、酸化スズ・インジウム（ＩＴＯ）などが好適に挙げられる。
前記金属水酸化物としては、特に制限はないが、例えば、前記金属原子の水酸化物などが挙げられ、アルミナホワイト、黄色酸化鉄、ピリジアンなどが挙げられる。
前記金属硫化物としては、特に制限はないが、例えば、前記金属原子の硫化物などが挙げられ、カドミウムエロー、カドミウムレッド、朱、リトボンなどが挙げられる。
前記カーボン化合物としては、特に制限はないが、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノクラスター、フラーレンなどが挙げられる。
前記イオン化合物としては、特に制限はないが、クロム酸、硫酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、燐酸塩、ヒ酸塩、フェロシアン化合物、染料等が好ましく、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、群青、アンガンバイオレット、コバルトバイオレット、エメラルドグリーン、紺青などが挙げられる。これらの中でも、カチオン染料、フタロシアニン染料、アゾ染料、アクリジンオレンジ、エチジウムブロマイドなどが好適に挙げられ、該カチオン染料としては、例えば、塩基性染料、トリフェニルメタン染料、シアニン染料、複素環染料などが挙げられる。
前記ハロゲン原子としては、特に制限はないが、例えば、フッ素、塩素、ヨウ素、臭素などが挙げられる。
【０１０３】
前記高屈折率ナノ粒子のドープ量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、高屈折率のフォトニック結晶構造（フォトニックバンドギャップ）を実現するために、有機分子に対する比率で５０％以上であることが好ましい。
なお、前記高屈折率ナノ粒子のドープ量は、金属酸化物などをドープした場合には、分子中のヘテロ原子部分のローンペアや分子間空隙の籠状サイトに化学吸着、物理吸着する。従って、例えば、錯体などを形成すれば吸収スペクトル変化で計測したり、蛍光Ｘ線測定、ＳＥＭ−ＥＤＸによる特定原子のマッピングなどでドープ量を検出することができる。
【０１０４】
前記高屈折率ナノ粒子を前記棒状有機分子にドープさせる方法としては、特に制限はなく公知の方法に従って行うことができ、例えば、該棒状有機分子を前記高屈折率ナノ粒子が含有されている液中に浸漬等することにより行うことができる。
【０１０５】
本発明の有機フォトニック結晶においては、前記三次元周期構造中に板状体を使用することができ、該板状体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、有機化合物であってもよいし、無機化合物であってもよいが、無機層状化合物などが特に好適に挙げられる。
前記板状体として前記無機層状化合物を使用すると、その形状因子（＝高アスペクト比）に起因して高屈折率平板を層状に積層配置し易い点で有利である。
【０１０６】
前記無機層状化合物としては、スメクタイト、膨潤性合成雲母、膨潤性無機層状化合物が特に好適に挙げられる。
【０１０７】
前記スメクタイトは、中心にＳｉが入ったＳｉ−Ｏ四面体が平面に広がった四面体シートと、Ａｌ、Ｍｇ等の金属原子が中心に入った八面体シートとが２：１で構成された構造を有する。
前記四面体シートとしては、例えば、バイデライト、ノントロナイト、ボルコンスコアイト、サポナイトなどが挙げられる。前記八面体シートとしては、例えば、モンモリロナイト、ヘクトライト、スチーブンサイトなどが挙げられる。
前記スメクタイトの中でも、天然スメクタイトとして、モンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト等が市販されており、合成スメクタイトとして、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト等が市販されている。
【０１０８】
前記膨潤性合成雲母としては、例えば、ＮａテトラシックマイカＮａＭｇ２．５（Ｓｉ４Ｏ１０）Ｆ２、Ｎａ又はＬｉテニオライト（ＮａＬｉ）Ｍｇ２Ｌｉ（Ｓｉ４Ｏ１０）Ｆ２、Ｎａ又はＬｉヘクトライト（ＮａＬｉ）１／３Ｍｇ２／３Ｌｉ１／３（Ｓｉ４Ｏ１０）Ｆ２、等が挙げられる。
【０１０９】
前記膨潤性無機層状化合物は、一般式Ａ（Ｂ，Ｃ）２−３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ，Ｆ，Ｏ）２［但し、Ａは、Ｎａ及びＬｉの何れか、Ｂ及びＣは、Ｍｇ及びＬｉの何れかである］等で表され、バーミキュライト等が挙げられる。
【０１１０】
前記板状体の厚みとしては、例えば、１〜１００ｎｍ程度が好ましい。
前記板状体の大きさとしては、例えば、０．１〜１０μｍ程度が好ましい。
【０１１１】
本発明の有機フォトニック結晶は、前記周期構造等の違いに応じて適宜選択した方法により製造することができる。
例えば、前記シート状有機分子の層を複数有してなり、隣接する層の間に空隙が形成された一次元周期構造を有する有機フォトニック結晶は、上述したシート状有機分子の層をフォトニックバンドギャップが現れるように間隔を空けて複数配置させることにより得られる。
前記棒状有機分子を並列してなる層を複数有してなり、隣接する層の間に空隙が形成された一次元周期構造を有する有機フォトニック結晶は、図１０を用いて上述したように棒状有機分子を並列に配向させた層をフォトニックバンドギャップが現れるように間隔を空けて複数配置させることにより得られる。
【０１１２】
また、棒状有機分子を複数立設してなり、隣接する棒状体同士の間に空隙が形成された二次元周期構造を有する有機フォトニック結晶は、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド等の棒状有機分子をフォトニックバンドギャップが現れるように間隔を空けて立設配向させることにより得られる。なお、該立設は、図１２を用いて上述した方法や、該棒状有機分子の末端に前記作用部を設け、前記作用分子を用いて該作用部と相互作用させること等により行うことができる。
棒状有機分子を複数互いに密接した状態で立設してなり、該棒状有機分子の立設方向と同方向に複数の孔部が形成された二次元周期構造を有する有機フォトニック結晶は、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド等の棒状有機分子を複数互いに密接した状態で立設させ、フォトニックバンドギャップが現れるように孔部を複数形成することにより得られる。該棒状有機分子を互いに密接させるには、分子間力等を利用する方法、該棒状有機分子の周側面に前記作用部と前記作用分子とを設け、これらの相互作用を利用する方法等が挙げられる。
【０１１３】
また、棒状有機分子を同方向にかつ互いに接触しないように複数並列させた層を、該層における棒状有機分子の長さ方向が交互に略直交するようにして複数積層してなる三次元周期構造を有する有機フォトニック結晶は、上述したように、棒状有機分子を並列にフォトニックバンドギャップが現れるように間隔を空けて複数配置させた層を、該棒状有機分子の長さ方向が略直交するように交互に積層させることにより得られる。なお、該層は、図１０を用いて上述した方法等により形成することができる。
棒状有機分子を同方向にかつ互いに接触しないように複数並列させた層と、板状体とを交互に複数積層してなる三次元周期構造を有する有機フォトニック結晶は、棒状有機分子を並列にフォトニックバンドギャップが現れるように間隔を空けて板状体上に複数配置させた単位構造を、該棒状有機分子の長さ方向が略直交するように交互に積層させることにより得られる。
板状体上に、棒状有機分子を複数立設してなり、隣接する棒状体同士の間に空隙が形成された単位構造を複数有する三次元周期構造有する有機フォトニック結晶は、棒状有機分子をフォトニックバンドギャップが現れるように間隔を空けて板状体上に複数立設させた単位構造を積層することにより得られる。
板状体上に、棒状有機分子を複数互いに密接した状態で立設してなり、該棒状有機分子の立設方向と同方向に複数の孔部が形成された単位構造を複数有する三次元周期構造を有する有機フォトニック結晶は、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチド等の棒状有機分子を複数互いに密接した状態で板状体上に立設させ、フォトニックバンドギャップが現れるように孔部を複数形成した単位構造を積層することにより得られる。
【０１１４】
再び、図１に示した本発明の光素子について更に詳しく説明する。なお、以下に用いられる諸数値は、説明を簡単にするための値であって、本発明の範囲内において様々な値に変更することが可能である。
【０１１５】
本発明の光素子１０は、例えば、図１３に示したように、多数の円柱（棒状有機分子）２０がシリコン（Ｓｉ）基板２１に２次元三角格子配列によって周期的に立設され、これらの棒状有機高分子２０には立設方向と同方向に複数の孔部が形成され、棒状有機高分子の側鎖には高屈折率ナノ粒子がドープされており、屈折率が周期的に変化する構造を形成する。ここで、シリコン基板の実効屈折率を３．０６５とし、例えば、対象となる光の真空中の波長が１．５５μｍであり、円柱の半径ｒを０．３８７μｍ、円柱のピッチａを０．９３μｍとする。
【０１１６】
前記有機フォトニック結晶中を伝播する光は、同結晶の周期構造による多重散乱の影響を受けることから、その伝播特性は、半導体における電子のバンド図に類似したフォトニックバンド図によって説明される。例えば、光が図１３に示した有機フォトニック結晶中を紙面に平行に伝播し、その偏波面も紙面に平行である場合には、図１４に示すようなフォトニックバンド図が得られる。このようなフォトニックバンド図は、逆格子空間における波数ベクトルと規格化周波数（Ω＝ωａ／（２πｃ）但し、ωは光の角周波数、ｃは真空中の光速）の関係を与える。
なお、図１４においては、還元ゾーン形式によるフォトニックバンド図が示されている。また、図１４の横軸に付した各記号「Γ」や「Ｍ」や「Ｋ」は、図１５に示すような第１ブリルアンゾーン（ｔｈｅ  ｆｉｒｓｔＢｒｉｌｌｏｕｉｎ
ｚｏｎｅ）における特定の波数ベクトルを表している。
【０１１７】
以下、対象となる光の波長を１．５５μｍ（規格化周波数Ω＝０．６）とする場合を例に挙げて、光素子の第１の端面１１と第２の端面１２のなす角度φを決める方法について説明する。
図１６は、図１における第１の端面１１に入射する光の波数ベクトルに基づいて、光素子１０中を伝播する光の波数ベクトルと、その伝播方向を作図する方法を説明するための図である。
図１６においては、空気中における等周波数分散面Σ１と、有機フォトニック結晶中における等周波数分散面Σ２が示されている。なお、図１６においては、ｋｘ軸を第１の端面１１の接線方向に一致させ、ｋｙ軸を第１の端面１１の法線方向に一致させている。このことは以下の図１７においても同様である。
【０１１８】
図１６において、点Γを始点、等周波数分散面Σ１上の点Ｐ１を終点とするベクトルｋ１は、点Ｐ１の座標を成分とする波数ベクトルを与える。また、等周波数分散面Σ１の点Ｐ１における外向き法線ベクトルＶ１は、波数ベクトルｋ１の光が空気中を伝播する方向を与える。同様に、点Γを始点、等周波数分散面Σ２上の点Ｐ２を終点とするベクトルｋ２は、点Ｐ２の座標を成分とする波数ベクトルを与える。また、等周波数分散面Σ２の点Ｐ２における法線ベクトルＶ２は、波数ベクトルｋ２の光が図１３の有機フォトニック結晶中を伝播する方向を与える。なお、Ｖ２の向きは、∂ω／∂ｋの符号が正になる方向に採る。
【０１１９】
異なる２つの媒質の境界面において、波数ベクトルの同面に対する接線成分が保存される。従って、図１６において、波数ベクトルのｋｘ成分が保存される。波数ベクトルｋ１のｋｘ成分は、ｋｘ軸と、点Ｐ１からｋｘ軸に下ろした垂線（スネル線）Ｓ１との交点ｋｘ座標に等しい。従って、点Γを始点、等周波数分散面Σ２とスネル線Ｓ１の交点Ｐ２を終点とするベクトルｋ２は、図１３の有機フォトニック結晶中を伝播する光の波数ベクトルを与える。そして、等周波数分散面Σ２の点Ｐ２における法線ベクトルＶ２とｋｙ軸のなす角度θ２は、入射角θ１で第１の端面１１に入射する光の屈折角を与える。この波数ベクトルｋ２の光は、図１３の有機フォトニック結晶中において、θ２の方向へ伝播する。
【０１２０】
図１７は、図１における第１の端面１１と第２の端面１２のなす角度φを作図する方法を説明するための図である。
光素子１０中を伝播する光が第２の端面１２から出射角θ４で出射する場合には、点Γを始点、等周波数分散面Σ１上の点Ｐ３を終点とするベクトルｋ３が、第２の端面１２から出射角θ４で出射する光の波数ベクトルを与える。そして、等周波数分散面Σ１上の点Ｐ３における法線ベクトルＶ３が、第２の端面１２から出射した光が空気中を伝播する方向を与える。
【０１２１】
波数ベクトルの第２の端面１２に対しても波数の接線成分が保存される。このため、波数ベクトルｋ２の終点Ｐ２と波数ベクトルｋ３の終点Ｐ３の２点を通る破線Ｓ２が、第２の端面１２に垂直なスネル線を与える。従って、点Γを通り、スネル線Ｓに垂直となる直線Ξが第２の端面１２の接線方向を示し、直線Ξがｋｘ軸となす角度が、第１の端面１１と第２の端面１２のなす角度φを与える。
【０１２２】
第１の端面１１と第２の端面１２のなす角度φは、光が光素子１０中を伝播する方向と、その光が光素子１０から出射する方向が第２の端面１２に対して同じ側となる限り、高い自由度で設定できる。従って、本実施形態によれば、素子自体の大型化やコスト高を招くことなく、特定の波長の光の進行方向を広範囲に大きく変えて、その光を所望の方向に取り出すことができる。
【０１２３】
＜光偏向素子及び走査装置＞
図１８は、本発明の第１の実施形態に係る光偏向素子の形状を示す平面図である。なお、本実施形態においては、光偏向素子の入射法線と、光が光偏向素子から出射する方向とのなす角度を出射角と称している。このことは以下の光偏向素子に関する実施形態においても同様である。
【０１２４】
光偏向素子３０は、入射角の異なる光を異なる方向へ出射させる受動素子であり、例えば、図１３に示したような有機フォトニック結晶を材料としている。
この場合、有機フォトニック結晶としては、上記光素子で説明したものと同じものを目的に応じて適宜選択して用いることができる。
【０１２５】
以下、対象となる光の波長を１．５５μｍ、その光の入射角の範囲を−４．３°〜−６．９°とする場合を例に挙げて、第２の端面３２の形状を決める方法について説明する。
【０１２６】
図１９は、第１の端面３１における光の分波特性を示す図である。なお、図１９においては、ｋｘ軸を第１の端面３１の接線方向に一致させ、ｋｙ軸を第１の端面３１の法線方向に一致させている。
図１９において、ベクトルｋ１１は、第１の端面３１に入射角θ１１で入射する光の波数ベクトルを表し、ベクトルｋ１２は、第１の端面３１に入射角θ１２（＞θ１１）で入射する光の波数ベクトルを表している。図１６と同様にして、波数ベクトルｋ１１の光が光偏向素子３０中を伝播する方向に一致するベクトルＶ１１が与えられ、波数ベクトルｋ１２の光が光偏向素子３０中を伝播する方向に一致するベクトルＶ１２によって与えられている。
【０１２７】
図１９に示すように、等周波数分散面Σ２の凹部においては、入射角の僅かな変化によってその法線方向が大きく変化し、光の伝播方向が大きく変化する。従って、図１８に示すように、第１の端面３１に対する入射角の僅かな変化によって、光偏向素子３０中の光の伝播方向を大きく変えられる。具体的には、第１の端面３１において、入射角θＩ＝−４．３°の入射光が最大の屈折角θＰ＝５７°で屈折し、入射角θＩ＝−６．９°の入射光が最小の屈折角θＰ＝２１°で屈折する。これらの光は、コリメートされながら光偏向素子３０中を伝播し、第２の端面３２の異なる位置に達する。
【０１２８】
本実施形態においては、光偏向素子３０中の各伝播光を第２の端面３２から異なる方向へ出射させるように、第１の端面３１の接線方向と、第２の端面３２の、各伝播光の到達位置における接線方向とのなす角度が決められている。具体的には、第１の端面３１の接線方向と、屈折角θＰ＝５７°の伝播光の到達位置における第２の端面３２の接線方向とのなす角度θＯを最大値５９°とし、第１の端面３１の接線方向と、屈折角θＰ＝２１°の伝播光の到達位置における第２の端面３２の接線方向とのなす角度φＯを最小値−６５°としている。このようにして第２の端面３２の形状を決めることによって、５．０°〜８．０°の範囲の入射角で第１の端面３１に入射した光は、第２の端面３２から＋７０．３°〜−８３．３°という広範囲の出射角で異なる方向へ偏向される。従って、本実施形態によれば、素子自体の大型化やコスト高を伴うことなく、入射角の異なる入射光を異なる方向へ広範囲に偏向することができる。
【０１２９】
なお、図２０に示すように、光偏向素子３０と、共振ヘッド８１と、単色レーザ発振器８２と、共振ヘッド８１の駆動用のモータ８３と、モータ８３の動作を制御するモータ制御部８４等とを組み合わせることによって、対象物に光を走査させる走査装置（例えば、スキャナ）８０を構成することができる。この場合には、装置全体の大型化を伴うことなく、一定の波長の光を出力する単色レーザ発振器８２に対し、僅かな角度変化による広範囲な走査を高速で行うことができる。
【０１３０】
図２１は、本発明の第２の実施形態に係る光偏向素子の形状を示す平面図である。光偏向素子４０は、波長の異なる光を異なる方向へ出射させるための受動素子であって、例えば、図１３に示したような有機フォトニック結晶を材料としている。
この場合、有機フォトニック結晶としては、上記光素子で説明したものと同じものを目的に応じて適宜選択して用いることができる。
【０１３１】
以下、対象となる光の波長の範囲を１．３９μｍ〜１．４１μｍ、その光の入射角を−６．０°とする場合を例に挙げて、第２の端面４２の形状を決める方法について説明する。このような光の波長の範囲は、規格化周波数Ωの範囲が０．６６〜０．６６９であることに相当する。
図２２は、第１の端面４１における光の分波特性を示す図であって、有機フォトニック結晶中における、規格化周波数Ωの範囲が０．６５７〜０．６６９の等周波数分散面が、１．８％の周波数間隔で描かれている。なお、図２２においては、ｋｘ軸を第１の端面４１の接線方向に一致させ、ｋｙ軸を第１の端面４１の法線方向に一致させている。
【０１３２】
図２２に示すように、光偏向素子４０が示す等周波数分散面の形状は規格化周波数Ωに応じて変化する。このため、第１の端面４１に一定の入射角で入射する光の波長（規格化周波数）を変えると、光偏向素子４０中の光の伝播方向が大きく変化する。例えば、規格化周波数Ωが０．６６９〜０．６５７に変わると、光偏向素子４０中の光の伝播方向を与えるベクトルはＶ２１からＶ２２に変わる。従って、図２１に示すように、例えば、第１の端面４１において、規格化周波数Ω＝０．６６９の光が最大の屈折角θＰ＝６９°で屈折し、規格化周波数Ω＝０．６５７の光が第１の端面４１において最小の屈折角θＰ＝−５０°で屈折する。これらの光は、コリメートされながら光偏向素子４０中を伝播し、第２の端面４２の異なる位置に達する。
【０１３３】
本実施形態においては、光偏向素子４０中の各伝播光を第２の端面４２から異なる方向へ出射させるように、第１の端面４１の接線方向と、第２の端面４２の、各伝播光の到達位置における接線方向とのなす角度が決められている。具体的には、第１の端面４１の接線方向と、屈折角θＰ＝６９°の伝播光の到達位置における第２の端面４２の接線方向とのなす角度φＯを最大値５３°とし、第１の端面４１の接線方向と、屈折角θＰ＝−５０°の伝播光の到達位置における第２の端面４２の接線方向とのなす角度φＯを最小値−６９°としている。このようにして第２の端面４２の形状を決めることによって、０．６５７〜０．６６９の範囲の規格化周波数Ωで第１の端面４１に入射した光は、第２の端面４２から＋５９．３°〜−８９．４°という広範囲の出射角で異なる方向へ偏向される。従って、本実施形態によれば、素子自体の大型化やコスト高を伴うことなく、波長の異なる入射光を異なる方向へ広範囲に偏向することができる。
【０１３４】
なお、図２３に示すように、光偏向素子４０と、波長可変レーザ発振器９１と、波長可変レーザ９１の動作を制御するレーザ制御部９２等とを組み合わせることによって、対象物に光を走査させる走査装置（例えば、スキャナ）９０を構成することができる。この場合には、装置全体の大型化を伴うことなく、僅かな波長変化による広範囲な走査を高速で行うことができる。
【０１３５】
これまでの説明においては、有機フォトニック結晶だけを材料とする光偏向素子について述べてきたが、２つの通常の光学媒質の間に有機フォトニック結晶を介在させても良い。この場合には、図１９や図２２に示した等周波数分散面Σ１の半径を、その半径に光学媒質の屈折率を乗じた値に変えれば良い。この場合には、特に、図２４や図２５に示すように、通常の光学媒質の一部分だけを有機フォトニック結晶とした材料によって、光偏向素子を構成することができる。
【０１３６】
光偏向素子５０においては、通常媒質５１と有機フォトニック結晶５３の第１の境界面５４に異なる入射角で入射した同じ波長の光を、通常媒質５２と有機フォトニック結晶５３の第２の境界面５５から異なる方向へ出射させるように、図１７と同様の作図に基づいて、第２の境界面５５の形状が決められている。一方、光偏向素子６０においては、通常媒質６１と有機フォトニック結晶６３の第１の境界面６４に同じ入射角で入射した異なる波長の光を、通常媒質６２と有機フォトニック結晶６３の第２の境界面６５から異なる方向へ出射させるように、図１７と同様の作図に基づいて、第２の境界面６５の形状が決められている。
【０１３７】
これらの場合には、通常の光学媒質の一部分を有機フォトニック結晶構造にパターン化するだけで良く、光偏向素子３０や光偏向素子４０のような端面加工を必要としないので、光偏向素子の作成工程を簡単にできる。
なお、第２の境界面５５、６５の形状の決定には、空気と通常媒質５１、５２との境界面や空気と通常媒質６１、６２との境界面における屈折率も考慮することが好ましい。この場合には、出射端における光の屈折角を小さくすることができ、空気と通常媒質の境界面における反射損失を低減できる。
【０１３８】
＜光合波素子＞
図２６は、本発明の一実施形態に係る光合波素子の形状を示す平面図である。これまでの説明における光偏向素子においては、例えば、図１３に示したような有機フォトニック結晶が与える等周波数分散面の対称性によって、出射側から入射側へと光路を逆に辿ることができる。光合波素子７０は、例えば、図１３に示したような有機フォトニック結晶のこのような特性を応用した受動素子であって、入射角の異なる複数の光を同一の方向に合波して出射させるのに用いられる。この場合、有機フォトニック結晶としては、上記光素子で説明したものと同じものを目的に応じて適宜選択して用いることができる。
【０１３９】
光合波素子７０における第１の端面７１の形状は、図１７と同様の作図に基づいて決められる。即ち、第１の端面７１に異なる位置で入射した各入射光Ｌ１〜Ｌ１１を第２の端面７２において出力光Ｌに合波されるように、第１の端面７１の各入射位置における接線方向と、第２の端面７２の接線方向のなす角度が決められている。
【０１４０】
従って、本実施形態によれば、素子自体の大型化やコスト高を招くことなく、入射角の異なる同じ波長の複数の光（例えば、単色レーザ光）を高速で同じ方向へ合波させることができ、より高い強度の光を生成できる。
【０１４１】
なお、本実施形態においては、有機フォトニック結晶の例として、図１３で示した２次元三角格子配列を用いて説明したが、１次元周期構造、３次元周期構造の有機フォトニック結晶を用いることも勿論可能である。
また、本実施形態においては、入射角の異なる同じ波長の複数の光を合波させる場合について述べたが、第１の端面に異なる位置で入射した異なる波長の各入射光を第２の端面において同じ方向へ合波させるように、第１の端面の各入射位置における接線方向と、第２の端面の接線方向のなす角度を決めることもできる。この場合にも、素子自体の大型化やコスト高を招くことなく、波長の異なる複数の光を高速で同じ方向へ合波させることができる。また、このような光合波素子は、例えば、波長多重通信の波長混合器として用いることもできる。
【０１４２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【０１４３】
（実施例１）
以下のようにして、両親媒性の棒状有機分子を基板（板状体）上に間隔を空けて立設させた単位構造を繰返単位として積層状態で有してなる有機フォトニック結晶を作製した。
【０１４４】
まず、棒状有機分子としての両親媒性のα−ヘリックスブロックコポリペプチドとして、α−ヘリックスコポリペプチドＰＬＬＺ２５−Ｐ（ＭＬＧ４２／ＬＧＡ１８）を以下のようにして調製した。
ｎ−ヘキシルアミンを開始剤として用い、Ｎε−カルボベンゾキシ  Ｌ−リジン  Ｎα−カルボキシ酸無水物（ＬＬＺ−ＮＣＡ）の重合を行い、続けてγ−メチル  Ｌ−グルタメート  Ｎ−カルボキシ酸無水物（ＭＬＧ−ＮＣＡ）の重合を行うことによりＰＬＬＺ部の重合度が２００、ＰＭＬＧ部の重合度が６０のブロックコポリペプチドＰＬＬＺ２００−ＰＭＬＧ６０を調製した。その後、ＰＭＬＧセグメントを部分的に加水分解してＬ−グルタミン酸（ＬＧＡ）とすることでα−ヘリックスコポリペプチドＰＬＬＺ２５−Ｐ（ＭＬＧ４２／ＬＧＡ１８）を調製した。
このα−ヘリックスコポリペプチドＰＬＬＺ２５−Ｐ（ＭＬＧ４２／ＬＧＡ１８）において、弱塩基性下でハロゲン化アルキルチオールを直接反応させることにより、疎水性部としてのポリＬ−リジン部（ＰＬＬＺ２５）の端部に前記作用部として−ＳＨ基（チオール基）を結合させて基板との化学結合を可能とした。
【０１４５】
該コポリペプチドを高濃度溶液にすることにより、親水部同士の水素結合、疎水部同士の疎水性相互作用、及び棒状分子に起因する形態的な自己配列作用（熱力学的に安定な自己組織化）などから、平均６８個の束にすることにより、直径が約１２ｎｍである両親媒性の棒状有機分子を得た。
そして、さらに該棒状有機分子の束に、前記高屈折率ナノ粒子として酸化ジルコニアを結合させた。屈折率計（アタゴ社製、アッベ屈折率計）を用いて該棒状有機分子の屈折率を測定したところ、１．５であった。また、該高屈折率ナノ粒子を結合させてなる、該棒状有機分子の屈折率を測定したところ、４．５であった。
【０１４６】
一方、前記基板（板状体）としては、スメクタイト（コープケミカル（株）社製、Ｌｕｃｅｎｔｉｔｅ  ＳＷＮ、厚み＝数ｎｍ）を使用した。該スメクタイトの両表面に、電子ビームにより前記作用分子としての金のクラスターを等間隔に描画した。なお、この作用分子としての金と前記作用部としての−ＳＨ基とは互いに強固に化学結合可能である。
【０１４７】
次に、該棒状有機分子を水面上（水相上）に浮かした状態（横に寝た状態）で、該水（水相）のｐＨを１２程度のアルカリ性にする。すると、該棒状有機分子における親水性部が、そのα−ヘリックス構造が解けてランダムな構造をとる。このとき、該棒状有機分子における疎水性部はα−ヘリックス構造を維持したままである。次に、該水（水相）のｐＨを５程度の酸性にする。すると、該棒状有機分子における親水性部が、再びα−ヘリックス構造をとるようになる。このとき、該棒状有機分子に対し、該棒状有機分子に当接させた押圧部材をその側面からエアーの圧力で押すと、該棒状有機分子は該水（水相）に対し立設した状態のままその親水性部が水相中でその水面と略直交する方向に向かってα−ヘリックス構造をとるようになる。そして、上述したように、該棒状有機分子を配向させた状態で押出部材を用いて基板（板状体）上に押し出すことにより基板（板状体）上に該棒状有機分子を立設させた単分子膜を形成することができる。なお、この操作は、Ｌ−Ｂ膜形成装置（日本レーザー＆エレクトロニクス・ラボラトリー社製、ＮＬ−ＬＢ４００ＮＫ−ＭＷＣ）を使用して行った。
そして、該基板（板状体）上に該棒状有機分子を立設させた単分子膜を洗浄すると、該基板（板状体）上に前記作用分子としての金のクラスターを描画した部分にだけ、前記ＰＨｅＬＧが立設していた。
【０１４８】
この該基板（板状体）上に前記棒状有機分子が所定の間隔で立設した構造体を繰返単位の単位構造として、この単位構造を２層積層することにより、図１３に示すような２次元三角格子配列構造を有する有機フォトニック結晶を作製した。
【０１４９】
前記棒状有機分子による単分子膜は、１層当たりの厚みを算出すると１．６ｎｍであった。この有機フォトニック結晶においては、該棒状有機分子同士の間隔が、２７０ｎｍであり、該有機フォトニック結晶に波長５００〜６００ｎｍの光を透過させたところ、該有機フォトニック結晶のフォトニックバンドギャップの存在により、該光は透過することができなかった。
【０１５０】
得られた有機フォトニック結晶を２つのクラッドの間に挟み込んで図１に示したような光素子を作製した。この光素子に照射する光の波長を変えることにより、光の分岐のしかたを切り替えることができることが確認できた。
また、得られた有機フォトニック結晶を用いて常法により図１８に示した光偏向素子を作製し、この光偏向素子を用いて図２０に示した走査装置を組み立てた。該走査装置は、僅かな角度変化による広範囲な走査を高速で行うことができるももであった。
【０１５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、有機フォトニック結晶を光素子、光偏向素子、光合波素子、走査装置、等の光学デバイスの材料として用いることにより、環境に優しく、ナノオーダーの精度のものを低コストで製造することができ、構造物のディメンジョン（直径、長さ）、屈折率等の制御が容易で、親水性・疎水性等の機能の付加が容易であり、高性能な光素子、光偏向素子、光合波素子、走査装置、等の光学デバイスが得られるものである。
【０１５２】
また、本発明によれば、素子の大型化やコスト高を招くことなく、特定の波長の光の進行方向を大きく変えて、その光を所望の方向に取り出すことができる光素子を提供できる。また、本発明によれば、素子の大型化やコスト高を招くことなく、入射角又は波長の異なる光を異なる出射角で広範囲に偏向することができる光偏向素子を提供できる。さらに、本発明によれば、素子の大型化やコスト高を招くことなく、入射角の異なる入射光を同じ方向へ合波させることができる光合波素子を提供できる。
【０１５３】
また、本発明によれば、装置の大型化やコスト高を招くことなく、入射角又は波長の僅かな変化による広範囲な走査を高速で行うことができる走査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る光素子の形状を示す平面図である。
【図２】図２は、深い回折格子型の一次元周期構造を有する有機フォトニック結晶の一構造例を示す概略説明図である。
【図３】図３は、エアギャップ型の一次元周期構造を有する有機フォトニック結晶の一構造例を示す概略説明図である。
【図４】図４は、エアブリッジ型の一次元周期構造を有する有機フォトニック結晶の一構造例を示す概略説明図である。
【図５】図５は、垂直孔型の二次元周期構造を有する有機フォトニック結晶の一構造例を示す概略説明図である。
【図６】図６は、柱型の二次元周期構造を有する有機フォトニック結晶の一構造例を示す概略説明図である。
【図７】図７は、斜め孔型の三次元周期構造を有する有機フォトニック結晶の一構造例を示す概略説明図である。
【図８】図８は、角材の積層型の三次元周期構造を有する有機フォトニック結晶の一構造例を示す概略説明図である。
【図９】図９は、棒状有機分子としての両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチドを示す概略説明図である。
【図１０】図１０は、α−ヘリックス・ポリペプチドによる単分子膜の形成を示す概略説明図である。
【図１１】図１１は、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチドが水（水相）上で配向している状態の一例を示す概略説明図である。
【図１２】図１２は、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチドを水（水相）上で立設させる方法の一例を示す概略説明図である。
【図１３】図１３は、図１の光素子の材料として用いられる有機フォトニック結晶の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３の有機フォトニック結晶中を光が紙面に平行に伝播し、その偏波面も紙面に平行である場合におけるフォトニックバンド図である。
【図１５】図１５は、図１３の有機フォトニック結晶の第１ブリルアンゾーンを特定の規格化周波数で輪切りにした図である。
【図１６】図１６は、図１３に示す第１の端面に入射する光の波数ベクトルに基づいて、同結晶中を伝播する光の波数ベクトルと、その伝播方向を作図する方法を説明するための図である。
【図１７】図１７は、図１３に示す第１の端面と第２の端面のなす角度φを作図する方法を説明するための図である。
【図１８】図１８は、本発明の第１の実施形態に係る光偏向素子の形状を示す平面図である。
【図１９】図１９は、図１８に示した第１の端面における光の分波特性を説明するための図である。
【図２０】図２０は、図１８の光偏向素子を用いた走査装置の概略構成を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の第２の実施形態に係る光偏向素子の形状を示す平面図である。
【図２２】図２２は、図２１に示した第１の端面における光の分波特性を説明するための図である。
【図２３】図２３は、図２１の光偏向素子を用いた走査装置の概略構成を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明の第３の実施形態に係る光偏向素子の形状を示す平面図である。
【図２５】図２５は、本発明の第４の実施形態に係る光偏向素子の形状を示す平面図である。
【図２６】図２６は、本発明の一実施形態に係る光合波素子の形状を示す平面図である。
【図２７】図２７は、両親媒性のα−ヘリックス・ポリペプチドを基板上に複数立設してなり、隣接するα−ヘリックス・ポリペプチド同士の間に空隙が形成された単位構造を複数有する三次元周期構造の有機フォトニック結晶の一例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１      α−ヘリックス・ポリペプチド
１ａ    疎水性部
１ｂ    親水性部
５      基板
７      押出部材
９      作用分子
１０    光素子
１１、３１、４１、７１    第１の端面
１２、３２、４２、７２    第２の端面
２０    円柱
２１    シリコン基板
３０、４０、５０、６０    光偏向素子
５１、５２、６１、６２    通常媒質
５３、６３    有機フォトニック結晶
５４、６４    第１の境界面
５５、６５    第２の境界面
７０    光合波素子
８０、９０    走査装置
８１    共振ヘッド
８２    単色レーザ発振器
９１    波長可変レーザ発振器
【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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