JP2012230388A - モノリシックオフナー分光器 - Google Patents
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Abstract
【課題】最新のダイアモンド機械加工プロセスを用いて全てが作成される、モノリシックオフナー分光器及び、回折格子及びスリットのような、様々なコンポーネントの製造方法を提供する。
【解決手段】モノリシックオフナー分光器はダイアモンド機械加工プロセスを用いて直接作成される。別の実施形態において、モノリシックオフナー分光器はダイアモンド機械加工プロセスで作成された金型を用いて作成される。また別の実施形態において、回折格子はダイアモンド機械加工プロセスを用いて直接作成される。さらにまた別の実施形態において、回折格子はダイアモンド機械加工プロセスで作成された金型を用いて作成される。また別の実施形態において、スリットはダイアモンド機械加工プロセスを用いて直接作成される。
【選択図】なし
【解決手段】モノリシックオフナー分光器はダイアモンド機械加工プロセスを用いて直接作成される。別の実施形態において、モノリシックオフナー分光器はダイアモンド機械加工プロセスで作成された金型を用いて作成される。また別の実施形態において、回折格子はダイアモンド機械加工プロセスを用いて直接作成される。さらにまた別の実施形態において、回折格子はダイアモンド機械加工プロセスで作成された金型を用いて作成される。また別の実施形態において、スリットはダイアモンド機械加工プロセスを用いて直接作成される。
【選択図】なし
Description
本出願は、２００６年４月２８日に出願された米国仮特許出願第６０/７９５９１６号及び２００６年４月２８日に出願された米国仮特許出願第６０/７９５９１７号の恩典を主張する。上記出願の明細書の内容は本明細書に参照として含まれる。
本発明は高解像度スペクトル撮像分野に関し、特に、全てが最新のダイアモンド機械加工プロセスを用いて作成される、モノリシックオフナー分光器及び、回折格子及びスリットのような、様々なコンポーネントに関する。
分光器は、入力として光信号を受け取り、入力光信号の様々な波長成分、すなわち色にしたがって、空間的に散開させられた、すなわち分散された、光信号を出力として発生する装置である。分光器に取り付けられた検出器は、スペクトルと称される、出力信号を分析して、入力信号に存在するそれぞれの波長成分の大きさを定量化することができる。
オフナー（Offner）分光器として知られる独特のタイプの分光器は狭い範囲の連続スペクトル帯域にわたる遠隔物体の像を形成するために用いることができる。このタイプの撮像は高解像度スペクトル撮像として知られ、空中及び宇宙からの偵察及び遠隔探査に対する軍事／航空宇宙的解決手段の重要な要素として最近出現した。基本的に、高解像度スペクトル撮像システムはオフナー分光器及び先進データ処理技術を用いて、スペクトル識別特性データが埋め込まれたイメージを生成する。この識別特性データは、（例えば）物標指示／認識、ミサイル噴炎識別及び鉱床探知のような広範な用途に有用である。
さらに、高解像度スペクトル撮像システムは、（例えば）癌探知、環境モニタリング、農業モニタリング及び鉱物探査のような広範な民生用途にも用いることができる。高解像度スペクトル撮像システムは軍事、航空宇宙及び商工業に重要であるため、製造業者は、オフナー分光器及び、スリット及び回折格子のような、付帯コンポーネントの作成及び性能改善のための新規でより優れた手段の開発に積極的に取り組んでいる。
いくつかの新しい作成プロセス並びにそのようなプロセスの結果として作成されたオフナー分光器及び、スリット及び回折格子のような、付帯コンポーネントが本発明の主題である。
本明細書においては、最新のダイアモンド機械加工プロセスを用いて全てが作成される、モノリシックオフナー分光器及び、回折格子及びスリットのような、様々なコンポーネントが説明される。一実施形態において、モノリシックオフナー分光器はダイアモンド機械加工プロセスを用いて直接作成される。別の実施形態において、モノリシックオフナー分光器はダイアモンド機械加工プロセスで作成された金型を用いて作成される。また別の実施形態において、回折格子はダイアモンド機械加工プロセスを用いて直接作成される。さらにまた別の実施形態において、回折格子はダイアモンド機械加工プロセスで作成された金型を用いて作成される。また別の実施形態において、スリットはダイアモンド機械加工プロセスを用いて直接作成される。
添付図面とともになされる以下の詳細な説明を参照することによって、本発明をさらに完全に理解することができる。
図１を参照すれば、本発明にしたがって構成されて作成された、モノリシックオフナー分光器１０２を組み込んでいる高解像度スペクトル撮像システム１００をブロック図が示している。高解像度スペクトル撮像システム１００はスリット１０４及び検出器１０６を有し、スリット１０４及び検出器１０６はいずれもモノリシックオフナー分光器１０２を保護する（スリット１０４と同じ材料で作成できるであろう）光学筐体１０７に取り付けられている。図示されるように、モノリシックオフナー分光器１０２は、入光面１０８，（透光材料１０１の露出領域１０９／第１の面１０９に反射コーティング１１８が施されている場合に形成される）第１のミラー１１０，（透光材料１０１の露出領域１１３／第２の面１１３に反射コーティング１１８が施されている場合に形成される）回折格子１１２，（透光材料１０１の露出領域１１５／第３の面１１５に反射コーティング１１８が施されている場合に形成される）第２のミラー１１４及び出光面１１６を有する、単一の透光材料１０１でつくられる１対１光リレーである。モノリシックオフナー分光器１０２は図２及び３に関して以下で論じられる２つの方法２００及び３００の内の１つを用いて作成できるであろう。
高解像度スペクトル撮像システム１００は、遠隔物体（図示せず）からスリット１０４がビーム１２０を受け取り、ビーム１２０を回折して回折ビーム１２０'を検出器１０６に送るモノリシックオフナー分光器１０２にビーム１２０を導くときに、狭い範囲の連続スペクトル帯域にわたり遠隔物体の像を形成するために動作する。詳しくは、スリット１０４がダイアモンド機械加工平坦入力面１０８にビーム１２０を導く。次いで、第１のミラー１１０（球面ミラー１１０）が、入光面１０８に入ったビーム１２０を受け取り、（図５〜８に示される回折格子と同じ形状の）回折格子１１２に向けてビーム１２０を反射する。回折格子１１２はビーム１２０を受け取り、回折して、第２のミラー１１４（球面ミラー１１４）に回折ビーム１２０'を反射する。第２のミラー１１４は回折ビーム１２０'を受け取り、ダイアモンド機械加工出光面１１６に回折ビーム１２０'を反射する。検出器１０６（例えば２次元焦点面アレイ１０６（ＦＰＡ１０６））が出光面１１６を通過した回折ビーム１２０'を受け取り、処理する。用いられる特定のタイプの検出器１０６は、モノリシックオフナー分光器１０２の作成に用いられる透光材料１０１のタイプに基づく、波長（色）感度を有するであろう。例えば、モノリシックオフナー分光器１０２がプラスチック（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ），ポリスチレン，ポリカーボネート）でつくられていれば、波長は可視領域になり、検出器１０６は相補型金属−酸化物−半導体（ＣＭＯＳ）ビデオカメラ１０６とすることができるであろう。モノリシックオフナー分光器１０２が赤外光透過材料でつくられていれば、検出器１０６は、テルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）またはアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）に基づくことができる、ＩＲ検出器としなければならないであろう。
上述したモノリシックオフナー分光器１０２はいくつかの望ましい特徴及び利点を有し、その内のいくらかが次に論じられる。
・ モノリシックオフナー分光器１０２は、従来の（個別コンポーネントで構成される）屋外型オフナー分光器に比較して軽量である。
・ モノリシックオフナー分光器１０２は、航空宇宙／空中用途に望ましい特性である、無熱化が容易である。
・ モノリシックオフナー分光器１０２は接地面積が比較的小さく、これは、費用効果を高めるだけでなく、（例えば）医療、分析、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、暗視及びヘルメット取付ディスプレイ（ＨＭＤ）用途に魅力的である。
・ モノリシックオフナー分光器１０２には、望ましければ、円錐面及び非球面の外形面を形成することができるであろう。
・ 回折格子１１２は、同じ格子周期（溝間隔）を有する露出型回折格子に比較して、より大きな波長分散／分離を有する。
図２を参照すれば、本発明にしたがう直接加工モノリシックオフナー分光器１０２の作成に好ましい方法２００の工程をフローチャートが示している。工程２０２において、モノリシックオフナー分光器１０２の形成に用いられる透光材料１０１が選ばれる必要がある。モノリシックオフナー分光器１０２は、（例えば）ＰＭＭＡ、ポリスチレン、ポリカーボネート、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛のようないずれかのタイプのダイアモンド機械加工可能な透光（屈折光学）材料で作成することができよう。しかし、いかなるタイプの透光材料１０１が選ばれるべきであるかに関して役割を果たし得るいくつかの要因があり、そのような要因には特定の用途に必要なスペクトル領域及び透光性材料１０１の屈折率がある。
透光材料１０１が選ばれると、透光材料１０１は、モノリシックオフナー分光器１０２を形成するためにダイアモンド工具を用いることができるように、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ダイアモンド旋盤に取り付けられて固定される。工程２０４において、透光材料１０１をダイアモンド機械加工して入光面１０８を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程２０６において、透光材料１０１をダイアモンド機械加工して第１のミラー１１０になるであろう領域を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程２０８において、透光材料１０１をダイアモンド機械加工して（図５〜８に示される回折格子と同じ形状の）回折格子になるであろう領域を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程２１０において、透光材料１０１をダイアモンド機械加工して第２のミラー１１４になるであろう領域を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程２１２において、透光材料１０１をダイアモンド機械加工して出光面１１６を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。ダイアモンド機械加工工程２０４,２０６,...,２１２が完了すると、次いで、工程２１４において、第１のミラー１１０，回折格子１１２及び第２のミラー１１４を形成するために、ダイアモンド機械加工された透光材料１０１の該当する露出領域に反射コーティング１１８（背面コーティング１１８）が施される。例えば、反射コーティング１１８は光学工業において普通に用いられる真空技法のいずれか１つを用いて施すことができるであろう。この時点で、直接加工モノリシックオフナー分光器１０２が作成されている（図１を見よ）。
図３を参照すれば、本発明にしたがう成形モノリシックオフナー分光器１０２の作成に好ましい方法３００の工程をフローチャートが示している。工程３０２において、（ニッケルで作成することができるであろう）第１の金型４０２がＣＮＣダイアモンド旋盤上に取り付けられて固定される。次いで、第１の金型４０２をダイアモンド機械加工して第１のミラー１１０及び第２のミラー１１４になるべき領域にそれぞれ関係付けられる鏡像４０４及び４０６を第１の金型４０２に形成するためにダイアモンド工具が用いられる（工程３０４）。図４は、第１のミラー１１０及び第２のミラー１１４になるべき領域にそれぞれ関係付けられる鏡像４０４及び４０６が形成されている、例示的な第１の金型４０２を示す略図である。
工程３０６において、（ニッケルで作成することができるであろう）第２の金型４０８がＣＮＣダイアモンド旋盤上に取り付けられて固定される。次いで、第２の金型４０８をダイアモンド機械加工して入光面１０８，（図５〜８に示される回折格子と同じ形状の）回折格子１１２及び出光面１１４になるべき領域にそれぞれ関係付けられる鏡像４１０，４１２及び４１４を第２の金型４０８に形成するためにダイアモンド工具が用いられる（工程３０８）。図４は、入光面１０８，回折格子１１２及び出光面１１４になるべき領域にそれぞれ関係付けられる鏡像４１０，４１２及び４１４が形成されている、例示的な第２の金型４０８を示す略図である。
工程３１０において、金型キャビティ４１６の両端への第１の金型４０２及び第２の金型４１６のそれぞれの連結／取付けが行われる（図４）。工程３１２において、第１の金型４０２，第２の金型４０８及び金型キャビティ４１６内に形成されるキャビティに透光材料１０１が注入／射出される。例えば、工程３１２は、射出成形プロセス、圧縮成型プロセスまたは注入成形プロセスの一部とすることができよう。透光材料１０１は、（例えば）ＰＭＭＡ、ポリスチレン、ポリカーボネートのようないずれかのタイプの屈折性光学材料とすることができる。しかし、いずれのタイプの透光材料１０１が用いられるべきかに関して役割を果たし得るいくつかの要因があり、そのような要因には特定の用途に必要なスペクトル領域及び透光材料１０１の屈折率がある。
工程３１４において、成形された透光材料１０１を露出させるために、第１の金型４０２，第２の金型４０８及び金型キャビティ４１６が相互に分離される。工程３１６において、第１のミラー１１０，回折格子１１２及び第２のミラー１１４を形成するために、成形された透光材料１０１の露出背面領域に反射コーティング１１８（背面コーティング１１８）が施される。この場合も、反射コーティング１１８は光学工業において普通に用いられる真空技法のいずれか１つを用いて施すことができよう。この時点で、成形モノリシックオフナー分光器１０２が作成されている（図１を見よ）。
図５を参照すれば、本発明にしたがって形成された自立型回折格子５０２のブロック図がある（自立型回折格子５０２は図１で上に論じた回折格子１１２と同様の特徴を有するが同じではない）。図示されるように、回折格子５０２はビーム偏向面５０６（例えば、球面５０６，円環面５０６）内に形成された非常に多くの線格子５０４を有する。それぞれの線格子５０４は、ビーム偏向面５０６内で変化するブレーズ角５１０にしたがって傾けられたブレーズ面５０８（あるいは二重ファセットブレーズ面５０８ａまたはビーム偏向ブレーズ面５０８ｂ）を有する。また、それぞれの線格子５０４は２本の罫線５１４ａと５１４ｂの間隔で定められる周期５１２を有する。罫線５１４ａ及び５１４ｂのそれぞれは、本明細書でブレーズリセット５１６と称される領域を有する。回折格子５０２をどのようにして作成できるかに関する議論が図６に関して次に与えられる。
図６を参照すれば、本発明にしたがう回折格子５０２の作成に好ましい方法６００の工程をフローチャートが示している。工程６０２において、ＣＮＣダイアモンド旋盤上に（後に回折格子５０２になる）回折格子ブランク５０２'が取り付けられて固定される。一実施形態において、回折格子ブランク５０２'はＣＮＣダイアモンド旋盤のスピンドル軸に対して９０°傾けて取り付けられる。したがって、一方の平面において回折格子ブランク５０２'は円形の断面を示す。他方の平面において、回折格子ブランク５０２'はあらかじめ定められた回折格子５０２を形成するためにＣＮＣプログラムにしたがってダイアモンド機械加工される側面を示す。
工程６０２において、ＣＮＣプログラムは、ビーム偏向面５０６（曲面５０６）上に線格子５０４を形成するために格子プロファイルによって定められる経路にわたる（ブレーズリセット５１６より小さい半径を有することが好ましい）ダイアモンド工具５２０の動作及び移動を制御する。ビーム偏向面５０６に沿うブレーズ角５１０の変化もＣＮＣプログラムによって制御される。このプロセスは数μｍから数ｍｍの範囲にある格子周期５１２を形成するために用いることができる。図７Ａ及び７Ｂはそれぞれ、本発明にしたがって作成された例示回折格子５０２に関する写真及び２つのプロファイル測定結果を示す。
好ましい実施形態において、ダイアモンド工具５２０は半径が０.５μｍから２０μｍの範囲の先端を有する。ダイアモンド工具の先端半径は非常に小さいから、所望の光学仕上げを得るためにはＣＮＣダイアモンド旋盤の送り速度が非常に遅い必要がある。加えて、ＣＮＣダイアモンド旋盤は１０ｎｍより小さいフィードバック分解能で動作する必要がある。このタイプの製造プロセスには長時間かかり、この結果、格子周期５１２の一様性はＣＮＣダイアモンド旋盤の熱安定性に敏感になり得る。この問題に対処するためには、ブレーズ面５０８／ブレーズ角５１０を初めに加工し、次いで、より時間効率の高い別のＣＮＣプログラムを用いて（周期５１２を定める）ブレーズリセット５１６を加工することができるであろう。これが完了すれば、回折格子５１２は特性「指紋」を有する表面仕上げを有することになる。図８は、ブレーズ面５０８の１つについて光学プロファイラーで見られるような、例示特性「指紋」の反復構造を示すグラフである。この特定の特性「指紋」は、〜１ｎｍの粗さ（Ｒａ）を有していた。この特性「指紋」の反復構造は、回折格子が本発明にしたがって作成されているか否かを判定するために用い得るであろう一手段である。
上述した作成方法６００及び作成された回折格子５１２はいくつかの望ましい特徴及び利点を有し、それらのいくらかが次に論じられる。
・ 作成方法６００は凸面または凹面を形成するために用いることができ、このことは複数の回折格子５０２を複製するための金型を作成できることを意味する（例えば図４を見よ）。これは、成形回折格子５０２を、民生用途に必要な高い費用効率での大量生産を可能にするから、望ましい。
・ 作成方法６００は図１〜４に関して上で論じたモノリシックオフナー分光器１０２の一部であるような回折格子１１２を作成するために用いることができるであろう。この場合、回折格子１１２は以下の特徴、（１）線格子５０４，（２）ビーム偏向面５０６，（３）ブレーズ面（二重ファセットブレーズ面５０８ａ，ビーム偏向ブレーズ面５０８ｂ），（４）ブレーズ角５１０（可変ブレーズ角５１０）及び（５）ブレーズリセット５１６を有するであろう。
・ 回折格子５０２は、そのプロファイルが金属（例えば、ニッケル、銅、アルミニウム）またはガラス様材料（例えば、ゲルマニウム、シリコン、ＣａＦ２）に直接加工されるから、機械的及び環境的に安定である。
・ 回折格子５０２は加工プロセス中に加工される取付／位置合せ構造（例えばネジ穴）も有することができる。
・ ＣＮＣプログラム及び小形ダイアモンド工具５２０は合せて、ブレーズ角５１０の変化がビーム偏向面５０６上の特定の位置における特定の光入射角に整合するように加工されることを保証する。このブレーズ角５１０の変化は効率を向上させる。さらに、このブレーズ角５１０の変化はこれまでは利用され得なかったであろう追加の設計自由度である。
・ ブレーズ面５０８は一波長に対して最適化されたブレーズ角５１０をもつ平坦面である必要はない。代りに、ブレーズ面５０８は、拡張された動作波長範囲にわたって性能を最適化するために、ファセット面とすることができ、あるいは「ビーム偏向面」とすることができる。図５は例示二重ファセットブレーズ面５０８ａ及び例示ビーム偏向ブレーズ面５０８ｂを示す。
・ 設計者は光学収差を補正するために周期５１２を変化させるように製造プロセスを制御することができる。あるいは、設計者は、共通の基板上に周期が相異なる複数の開口を用い得るように、周期５１２を変えることができる。
・ ２つのブレーズ面５０８の間のブレーズリセット５１６はブレーズ角５１０の変化と同様に変化する角度を有することができる。しかし、これは本発明の要件ではない。小形ダイアモンド工具５２０により、工具５２０の同じポイントを用いて、ブレーズ面５０８にともなうブレーズ角５１０とは異なる角度でブレーズリセットの角度を変えることができる能力を得ることが可能になる。
・ 本作成プロセスは、ニッケルメッキ、銅メッキ、結晶材料（例えば、ゲルマニウム、シリコン等）に、またアルミニウム合金（例えば、Corning NetOptixのＬＬＣアルミニウム合金）にも、適用できることが実証されている。アルミニウム合金は、多くの軍事用途はたまたまアルミニウム取付構造を有しており、広い動作温度も有しているから、特に重要である。すなわち、アルミニウム合金で回折格子５０２を作成できる能力は、回折格子が（コーティングされた）二層金属基板で作成された場合ほど大きくは変型しないであろうから、有益である。
図９Ａ〜９Ｄを参照すれば、本発明にしたがって形成されたスリット９００をそれぞれの図が示している。実際上、スリット９００は分光器の入光面の前面に配置されるであろう。例えば、スリット９００は、図１に示されるモノリシックオフナー分光器１０２の入光面１０８の前面に配置することができるであろう。（モノリシックオフナー分光器１０２を含む）ほとんどの分光器の主機能は線像を、一方の次元が空間であり、他方の次元がスペクトルであるような、２Ｄスペクトル像に分割することであることに注意すべきである。また、スリット９００の主機能は、視野絞りとしてはたらき、（一般に個々の検出器素子より幅が僅かに広い）単線像だけを受け入れることである。
図示されるスリット９００は、スリット開口９０８の長さを定めるためにダイアモンドボール刃先フライス削りプロセスで除去される（図１０の工程１００２を見よ）領域９０６を有する第１の面を有する、ダイアモンド機械加工可能な基板９０２（例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、シリコン、ゲルマニウム、金、フッ化カルシウム）で作成することができる。ダイアモンド機械加工可能な基板９０２は、スリット開口９０８を形成するために第１の面９０４に突き抜ける溝９１４を形成するためにダイアモンドフライカットプロセスで除去される（図１０の工程１００４を見よ）領域９１２を有する、第２の面９１０も有する。最後に、ダイアモンド機械加工可能な基板９０２には、精密取付構造９１６も形成する（図１０の工程１００６を見よ）ことができる。どのようにスリットを形成できるであろうかに関する詳細な議論は図１１及び１２に関して次に与えられる。
図１１Ａ〜１１Ｂを参照すれば、本発明にしたがって作成された例示スリット９００の２つの写真が示されている。この特定のスリット９００は、応力除去処理が施されたアルミニウムブランク９０２を提供して、これに〜０.０１５インチ（約０.３８ｍｍ）厚の無電界ニッケルメッキを施すことによって作成した（要素９０２は図９Ａ〜９Ｄに示されている）。ニッケルはアルミニウムよりかなり低い延性を有し、ニッケルを併用すればアルミニウムだけが用いられたときに得られるであろうよりもかなり優れた品質のスリット９０８が得られることから、ニッケルを用いた。次いで、このパーツ９０２の面を、精確な平行度を維持するように、ダイアモンド旋盤上でダイアモンドフライカットして、それぞれの面から〜０.００５インチ（約０.１３ｍｍ）除去した。単段ボール刃先を有するダイアモンド工具１２０２（図１２Ａを見よ）を（３軸フライス盤と同様であるが、より高い精度、空気ベアリング等を有する）３軸ダイアモンド機械加工システムに取り付けた。ダイアモンド工具１２０２を用いて、ニッケル、アルミニウムを貫通し、パーツ９０２の第２の面９１０上のニッケル層に〜０.００５インチ食い込ませて、円柱面溝９０６，スリット９０８の長さ、を加工した（図１０の工程１００２を見よ）（要素９０６，９０８及び９１０は図９Ａ〜９Ｄに示されている）。この時点で、〜０.００５インチ厚のニッケルの「皮」がスリット領域に残されている。次いで、パーツ９０２を３軸フライカッターとして知られる別のダイアモンド旋盤に取り付けた。ダイアモンド工具１２０４（図１２Ｂを見よ）を、工具１２０４の鋭利な「尖端」をフライカッターの回転軸から径方向に外側を向けて、フライカッターヘッドの外径に取り付けた。ダイアモンド工具１２０４の形状寸法は、スリット９００が有する必要がある光学Ｆナンバーによって、またスリット開口９０８の幅によっても、定めた。次いで、パーツ９０２を取り付け、第２の面９１０にＶ溝９１４を切り抜いて最終スリット９０８を形成した（要素９０２，９０８，９１０及び９１４は図９Ａ〜９Ｄに示される）。図１１Ｂは３０μｍ幅スリット９０８の倍率４００の像であり、本作成方法１０００で得ることができる品質を示す。
上述した作成方法１０００及び作成されたスリット９００はいくつかの望ましい特徴及び利点を有し、それらの内のいくらかが次に論じられる。
・ スリット９００は（オフナー分光器またはその他の分光器を収める）光学筐体と同じ材料で作成することができる。これは、撮像システムの熱性能及び構造頑強性を高めるであろうから望ましい。例えば、スリットのための２つの既知の作成方法はクロム／ガラス及び銅電鋳で作成された基板を利用する。これらの材料はいずれもアルミニウム筐体との良好な熱整合を有していない。
・ ダイアモンド工具１２０２及び１２０４は、球、平面、先尖、等のような様々な形状寸法のいずれか１つを有することができる。
・ 作成方法１０００により最終集成装置におけるスリット９００の位置及び方位を定めるために用いられる精密取付構造９１６のスリット９００内への形成が可能になる。ほとんどの撮像システムではスリット９００と回折格子１１２及び５０２（図１及び５を見よ）の間の精密位置合せが必要であり、したがってスリット９００作成時のそのような精密取付構造９１６の形成によってかなりの利点が実現され得る。
図１３Ａ〜１３Ｂを参照すれば、２つの略図がそれぞれ、本発明にしたがう湾曲スリット開口９０８'をもつスリット９００'及び複数のスリット開口９０８"をもつスリット９００"を示している。スリット９００'を作成するためには、ダイアモンド旋盤上に軸を外して基板９０２を取り付けることによって方法１０００の工程１００４が実施されるであろう。これがなされれば、湾曲スリット開口９０８'を作成できるであろう。最善の光学性能は分光器の軸に対称な曲線にかけて得られるから、湾曲スリット９００'はオフナー分光器及びダイソン（Dyson）分光器に有益であり得る。これは、検出器が通常は直線ピクセル列を有するために一般には用いられない。しかし、ある種の用途では湾曲スリット９００'の使用が望ましいことがある。また、スリット９００"を作成するためには、基板９０２に方法１０００のダイアモンド機械加工工程１００２及び１００４を１回より多く繰り返すことができるであろう。このスリット９００"は３Ｄ高解像度スペクトル撮像システムに用い得るであろう。
本発明のいくつかの実施形態を、添付図面に示し、上に詳細に説明したが、本発明が開示した実施形態に限定されず、添付される特許請求の範囲に述べられ、定められるような本発明の精神を逸脱しない、数多くの再構成、改変及び置換が行われ得ることは当然である。
１００ 高解像度スペクトル撮像システム
１０１ 透光材料
１０２ モノリシックオフナー分光器
１０４ スリット
１０６ 検出器
１０７ 光学筐体
１０８ 入光面
１０９ 露出領域／第１の面
１１０，１１４ ミラー
１１２ 回折格子
１１３ 露出領域／第２の面
１１５ 露出領域／第３の面
１１６ 出光面
１１８ 反射コーティング
１２０ ビーム
１２０' 回折ビーム
１０１ 透光材料
１０２ モノリシックオフナー分光器
１０４ スリット
１０６ 検出器
１０７ 光学筐体
１０８ 入光面
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１１０，１１４ ミラー
１１２ 回折格子
１１３ 露出領域／第２の面
１１５ 露出領域／第３の面
１１６ 出光面
１１８ 反射コーティング
１２０ ビーム
１２０' 回折ビーム
Claims (8)
- 回折格子であって、当該回折格子が、
複数本の線格子を持つビーム偏向面を有し、前記線格子のそれぞれは前記偏向面にわたってブレーズ角が変化する傾斜面を有すると共に、２本の罫線の間隔で定められる周期を有し、前記２本の罫線のそれぞれは、ブレーズリセットを有し、当該ブレーズリセットの方向が、前記傾斜面のブレーズ角とは異なる角度で変化することを特徴とする回折格子。 - 前記ビーム偏向面が、相異なる大きさにつくられた周期を有する線格子を有することを特徴とする請求項１記載の回折格子。
- 前記傾斜面が、
二重ファセット面、または
ビーム偏向ファセット面、
であることを特徴とする請求項１または２に記載の回折格子。 - 前記傾斜面が、１ｎｍ程度の表面粗さを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回折格子。
- 前記偏向面が、球面であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の回折格子。
- 回折格子を作成する方法において、
材料をダイアモンド機械加工機に固定する工程、及び
複数本の線格子を持つビーム偏向面を有し、前記線格子のそれぞれは前記偏向面にわたってブレーズ角が変化する傾斜面を有すると共に、２本の罫線の間隔で定められる周期を有し、前記２本の罫線のそれぞれは、ブレーズリセットを有し、当該ブレーズリセットの方向が、前記傾斜面のブレーズ角とは異なる角度で変化するように前記回折格子を形成するために前記材料をダイアモンド機械加工する工程、
を有してなる方法。 - 前記ダイアモンド機械加工する工程が、
前記ブレーズ面を形成するために前記材料を、比較的低速で、ダイアモンド機械加工する工程、及び
前記線格子の周期を定める前記ブレーズリセットを形成するために前記材料を、比較的高速で、ダイアモンド機械加工する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。 - 前記傾斜面が、１ｎｍ程度の表面粗さを有することを特徴とする請求項６または７記載の方法。
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