JP5055612B2 - Prism and spectroscope - Google Patents

Prism and spectroscope Download PDF

Info

Publication number
JP5055612B2
JP5055612B2 JP2005290689A JP2005290689A JP5055612B2 JP 5055612 B2 JP5055612 B2 JP 5055612B2 JP 2005290689 A JP2005290689 A JP 2005290689A JP 2005290689 A JP2005290689 A JP 2005290689A JP 5055612 B2 JP5055612 B2 JP 5055612B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
prism
transmission surface
declination
wavelength
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005290689A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007101824A (en
Inventor
淳 勝沼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2005290689A priority Critical patent/JP5055612B2/en
Publication of JP2007101824A publication Critical patent/JP2007101824A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5055612B2 publication Critical patent/JP5055612B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、プリズムおよび分光器に関する。   The present invention relates to a prism and a spectroscope.

偏角プリズムは、よく知られているように、波長分散素子や、レーザービーム整形用のアナモルフィックプリズムとして用いられている。偏角プリズムに用いられるガラス等の透明媒質の屈折率は、通常温度の関数であるので、偏角プリズムによる光線偏角は温度変化に応じて変化してしまう。このため、偏角プリズムを温度変化が発生する環境で使用することは、これまで避けられてきた。   As is well known, the declination prism is used as a wavelength dispersion element or an anamorphic prism for laser beam shaping. Since the refractive index of a transparent medium such as glass used for the declination prism is usually a function of temperature, the light beam declination by the declination prism changes according to the temperature change. For this reason, it has been avoided so far to use the declination prism in an environment where temperature changes occur.

ところが、レーザービーム整形用アナモルフィックプリズムは、レーザービームの一部を吸収して温度変化することが避けられないため、例えば特開2000−124531号公報で開示されているように、石英ガラスと蛍石の2種類の材質による偏角プリズムを組み合わせ、それぞれの媒質における屈折率温度係数の違いを利用して、温度変化による光線偏角の変化をなるべく小さくすることが提案されている。
特開2000−124531号公報
However, since an anamorphic prism for laser beam shaping inevitably absorbs a part of the laser beam and changes in temperature, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-124531, It has been proposed to combine declination prisms made of two types of materials such as fluorite and minimize the change in the declination of the light beam due to temperature changes by utilizing the difference in refractive index temperature coefficient of each medium.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-124531

しかしながら、上述したような従来の(アナモルフィック)プリズムでは、プリズムの材質が石英ガラスと蛍石とに限定されてしまうため、用途が限られて一般性を欠くものであった。   However, in the conventional (anamorphic) prism as described above, since the material of the prism is limited to quartz glass and fluorite, the application is limited and generality is lacking.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、一般的な用途に適用可能な温度無依存型の(アサーマル化した)プリズムを提供することを目的とする。また、このようなプリズムを備えた分光器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a temperature-independent (athermal) prism applicable to general applications. Moreover, it aims at providing the spectrometer provided with such a prism.

このような目的達成のため、本発明に係るプリズムは、光を波長分散させるためのプリズムであって、光が透過可能な第1透過面および、第1透過面に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第2透過面を有する第1偏角プリズムと、光が透過可能な第3透過面および、第3透過面に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第4透過面を有し、第1偏角プリズムの屈折率と異なる屈折率を有する第2偏角プリズムと、光が透過可能な第5透過面および、第5透過面に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第6透過面を有し、第1偏角プリズムの屈折率と同じ屈折率を有するとともに、第5透過面と第6透過面とがなす頂角が第1偏角プリズムの第1透過面と第2透過面とがなす頂角と同じ角度である第3偏角プリズムとを備え、第2透過面が第3透過面と接触した状態で第1偏角プリズムが第2偏角プリズムと接合されるとともに、第5透過面が第4透過面と接触した状態で第3偏角プリズムが第1偏角プリズムと対称的に第2偏角プリズムと接合され、第1透過面、第2透過面、第3透過面、第4透過面、第5透過面、および第6透過面が所定の同一平面に対してそれぞれ垂直となるように構成される。 In order to achieve such an object, the prism according to the present invention is a prism for wavelength-dispersing light, and is provided with a first transmission surface capable of transmitting light and an inclination with respect to the first transmission surface. A first deflection prism having a second transmission surface capable of transmitting light, a third transmission surface capable of transmitting light, and a fourth transmission surface provided to be inclined with respect to the third transmission surface and capable of transmitting light A second declination prism having a refractive index different from that of the first declination prism, a fifth transmission surface through which light can be transmitted, and a light provided so as to be inclined with respect to the fifth transmission surface. The first transmissive prism has a transmissive sixth transmission surface, has the same refractive index as that of the first deflection prism, and an apex angle formed between the fifth transmission surface and the sixth transmission surface is the first deflection prism first. A third declination prism having the same angle as the apex angle formed by the transmission surface and the second transmission surface; The first declination prism is joined to the second declination prism in contact with the third transmission surface, and the third declination prism is in the first declination state while the fifth transmission surface is in contact with the fourth transmission surface. The first transmissive surface, the second transmissive surface, the third transmissive surface, the fourth transmissive surface, the fifth transmissive surface, and the sixth transmissive surface are in a predetermined same plane. It is configured to be perpendicular to each other.

そして、所定の基準波長を有する光における第1偏角プリズムおよび第3偏角プリズムの屈折率をn1とし、基準波長を有する光における第2偏角プリズムの屈折率をn2とし、プリズムおよびプリズム周辺の温度をTとし、外部から第1偏角プリズムの第1透過面へ入射する入射光線と外部から第1透過面を透過して屈折した光線とがなす角度をε1とし、入射光線と第1透過面における法線とがなす角度をτ1とし、入射光線と第2透過面および第3透過面における法線とがなす角度をτ2とし、さらに角度ε1およびτ1並びにτは入射光線を起点として計り、符号は反時計回りを正とすると、次式
τ1=tan-1{(n1sinε1)/(n1cosε1−1)}
τ2=tan-1{(n1sinε1)/(n1cosε1−n2)}
ただし、
ε1=cos-1{n1−(n2−1)(∂n1/∂T)/(∂n2/∂T)}
の関係をそれぞれ満たし、入射光線とプリズムの基準光軸とが平行に設定され、基準光軸と外部から第1透過面を透過して屈折した光線とがなす角度をε 1 とし、基準光軸と第1透過面における法線とがなす角度をτ 1 とし、基準光軸と第2透過面および第3透過面における法線とがなす角度をτ 2 としたパラメータに基づいて、上記の式がそれぞれ求められる。
Then, the refractive index of the first declination prism and the third declination prism in the light having a predetermined reference wavelength is n 1 , the refraction index of the second declination prism in the light having the reference wavelength is n 2 , Let T be the temperature around the prism, and ε 1 be the angle between the incident light incident on the first transmission surface of the first declination prism from the outside and the light refracted through the first transmission surface from the outside. Is defined as τ 1 , the angle formed between the incident light and the normal lines in the second transmission surface and the third transmission surface is τ 2 , and the angles ε 1, τ 1 , and τ 2 is measured with the incident light as a starting point, and the sign is positive when counterclockwise is positive. Τ 1 = tan −1 {(n 1 sinε 1 ) / (n 1 cosε 1 −1)}
τ 2 = tan −1 {(n 1 sinε 1 ) / (n 1 cosε 1 −n 2 )}
However,
ε 1 = cos −1 {n 1 − (n 2 −1) (∂n 1 / ∂T) / (∂n 2 / ∂T)}
Where the incident light beam and the reference optical axis of the prism are set in parallel, and the angle formed by the reference light axis and the light beam refracted through the first transmission surface from the outside is ε 1 , and the reference optical axis When the angle formed by the normal line of the first transmitting surface and tau 1, the angle between the normal at the reference light axis and the second transmitting surface and the third transmission surface on the basis of the parameters and tau 2, the above formula Is required.

さらに、本発明に係る分光器は、入射光を波長分散させる波長分散素子と、波長分散素子から出射した出射光における波長に対する出射角の非線形性を補正する分散プリズムとを備えた分光器において、分散プリズムが本発明に係るプリズムから構成されることを特徴とする。   Furthermore, the spectrometer according to the present invention is a spectrometer provided with a wavelength dispersion element that wavelength-disperses incident light, and a dispersion prism that corrects nonlinearity of the emission angle with respect to the wavelength of the emission light emitted from the wavelength dispersion element. The dispersion prism is composed of the prism according to the present invention.

本発明によれば、温度変化が激しく、偏角プリズムや分散プリズムの応用が困難であった領域にも、偏角プリズムや分散プリズムを適用することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to apply a declination prism or a dispersion prism to a region where the temperature change is severe and the application of the declination prism or the dispersion prism is difficult.

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。第1実施形態のアサーマルプリズム1を図1に示している。ここで、アサーマルプリズムとは、環境温度の変化によって基準波長の光の偏角が変化しない偏角プリズムのこととする。アサーマルプリズム1は、第1偏角プリズム2と、この第1偏角プリズム2と接合された第2偏角プリズム3とから構成される。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. An athermal prism 1 of the first embodiment is shown in FIG. Here, the athermal prism is a declination prism in which the declination of light having a reference wavelength does not change due to a change in environmental temperature. The athermal prism 1 includes a first deflection prism 2 and a second deflection prism 3 joined to the first deflection prism 2.

第1偏角プリズム2は、ガラスやプラスチック等の透明な材料を用いて三角柱形に形成され、その側面には、光が透過可能な第1透過面21と、この第1透過面21に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第2透過面22とが形成される。第2偏角プリズム3は、第1偏角プリズム2と同様に、ガラスやプラスチック等の透明な材料を用いて三角柱形に形成され、その側面には、光が透過可能な第3透過面31と、この第3透過面31に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第4透過面32とが形成される。ただし、第2偏角プリズム3は、第1偏角プリズム2の屈折率と異なる屈折率を有している。   The first declination prism 2 is formed in a triangular prism shape using a transparent material such as glass or plastic, and has a first transmission surface 21 through which light can be transmitted and a first transmission surface 21 with respect to the first transmission surface 21. A second transmission surface 22 that is inclined and transmits light is formed. Similar to the first deflection prism 2, the second deflection prism 3 is formed in a triangular prism shape using a transparent material such as glass or plastic, and has a third transmission surface 31 through which light can be transmitted. And a fourth transmission surface 32 that is inclined with respect to the third transmission surface 31 and can transmit light. However, the second deflection prism 3 has a refractive index different from that of the first deflection prism 2.

そして、第2透過面22と第3透過面31とが接触した状態で第1偏角プリズム2と第2偏角プリズム3とが接合されており、第1透過面21、第2透過面22、第3透過面31、および第4透過面32が所定の同一平面(図1において各図が記載される面)に対してそれぞれ垂直となるようになっている。また、外部から第1偏角プリズム2の第1透過面21へ入射した光線は、第1透過面21を透過して第1偏角プリズム2内を進んだ後、第2透過面22および第3透過面31を透過して第2偏角プリズム3内を進み、第4透過面32から出射するようになっている。   The first deflection prism 2 and the second deflection prism 3 are joined in a state where the second transmission surface 22 and the third transmission surface 31 are in contact with each other, and the first transmission surface 21 and the second transmission surface 22 are joined. The third transmission surface 31 and the fourth transmission surface 32 are respectively perpendicular to a predetermined same plane (the surface in which each drawing is described in FIG. 1). In addition, light rays incident on the first transmission surface 21 of the first deflection prism 2 from the outside pass through the first transmission surface 21 and travel through the first deflection prism 2, and then the second transmission surface 22 and the first transmission surface 21. The light passes through the third transmission surface 31, travels through the second declination prism 3, and exits from the fourth transmission surface 32.

ここで、第1および第2偏角プリズム2,3を透過する光線の角度を考察する。まず、スネルの法則から、以下の式(1)〜式(3)が成立する。   Here, the angle of the light beam transmitted through the first and second declination prisms 2 and 3 will be considered. First, from Snell's law, the following formulas (1) to (3) hold.

Figure 0005055612
Figure 0005055612

Figure 0005055612
Figure 0005055612

Figure 0005055612
Figure 0005055612

ここで、所定の基準波長を有する光における第1偏角プリズム2側の外部空間の屈折率をn0とし、基準波長を有する光における第1偏角プリズム2の屈折率をn1とし、基準波長を有する光における第2偏角プリズム3の屈折率をn2とし、基準波長を有する光における第2偏角プリズム3側の外部空間の屈折率をn3とする。また、外部から第1偏角プリズム2の第1透過面21へ入射する入射光線L1と図1に示す所定の基準光軸AX1とがなす角度をε0とし、外部から第1透過面21を透過して屈折した光線L2と基準光軸AX1とがなす角度をε1とし、第1偏角プリズム2内から第2透過面22および第3透過面31を透過して屈折した光線L3と基準光軸AX1とがなす角度をε2とし、第2偏角プリズム3内から第4透過面32を透過して屈折した光線L4と基準光軸AX1とがなす角度をε3とする。 Here, the refractive index of the external space on the first deflection prism 2 side in the light having a predetermined reference wavelength is n 0 , the refractive index of the first deflection prism 2 in the light having the reference wavelength is n 1 , and the reference The refractive index of the second declination prism 3 in the light having the wavelength is n 2, and the refraction index of the external space on the second declination prism 3 side in the light having the reference wavelength is n 3 . Further, the angle formed with a predetermined reference optical axis AX1 as shown in the incident light beam L1 and Figure 1 incident from the outside to the first argument first transmitting surface 21 of the prism 2 and epsilon 0, a first transmitting surface 21 from the outside the angle at which the transmitted light L2 is refracted by and the reference optical axis AX1 forms and epsilon 1, light L3 and the reference being refracted from the first deviation prism within 2 passes through the second transmitting surface 22 and the third transmission surface 31 The angle formed by the optical axis AX1 is ε 2, and the angle formed by the light beam L4 refracted through the fourth transmission surface 32 from the second declination prism 3 and the reference optical axis AX1 is ε 3 .

また、第1透過面21における法線V1と基準光軸AX1とがなす角度をτ1とし、第2透過面22および第3透過面31における法線V2と基準光軸AX1とがなす角度をτ2とし、第4透過面32における法線V3と基準光軸AX1とがなす角度をτ3とする。なお、角度は基準光軸AX1を起点として計り、符号は反時計回りを正とする。 Further, the angle between the normal line V1 and the reference optical axis AX1 of the first transmitting surface 21 and tau 1, the angle between the normal line V2 and the reference optical axis AX1 in the second transmitting surface 22 and the third transmission surface 31 and tau 2, the angle between the normal line V3 and the reference optical axis AX1 of the fourth transmissive surface 32 and tau 3. The angle is measured starting from the reference optical axis AX1, and the sign is positive in the counterclockwise direction.

ここで、式(1)〜式(3)をそれぞれ変形して、式(4)〜式(6)を導出しておく。   Here, Expressions (1) to (3) are respectively modified to derive Expressions (4) to (6).

Figure 0005055612
Figure 0005055612

Figure 0005055612
Figure 0005055612

Figure 0005055612
Figure 0005055612

次に、式(1)〜式(3)を温度Tで偏微分すると、式(7)〜式(9)を得る。なお、温度Tは、アサーマルプリズム1およびプリズム周辺(環境)の温度である。   Next, when the equations (1) to (3) are partially differentiated by the temperature T, the equations (7) to (9) are obtained. The temperature T is the temperature around the athermal prism 1 and the prism (environment).

Figure 0005055612
Figure 0005055612

Figure 0005055612
Figure 0005055612

Figure 0005055612
Figure 0005055612

ここで、議論を簡単化するため、入射光線L1を基準光軸AX1に平行に設定して、式(10)とする。   Here, in order to simplify the discussion, the incident light beam L1 is set parallel to the reference optical axis AX1, and is represented by Expression (10).

ε0=0 (10) ε 0 = 0 (10)

また、現実的な応用範囲としてプリズム周辺の空間は大気または真空の場合に限定する。本実施形態では、プリズム周辺の空間は大気で満たされているものとし、(プリズムの)透明媒質は相対屈折率を採用する。すなわち、式(11)および式(12)が温度に関係なく成立しているものとする。   Further, as a practical application range, the space around the prism is limited to the atmosphere or vacuum. In this embodiment, it is assumed that the space around the prism is filled with air, and the transparent medium (of the prism) employs a relative refractive index. In other words, it is assumed that Equation (11) and Equation (12) hold regardless of temperature.

0=1 (11) n 0 = 1 (11)

3=1 (12) n 3 = 1 (12)

さて、基準波長を有する光において、角度ε3の温度Tについての偏微分係数が0であることをアサーマル(温度無依存)化のための条件とすると、式(13)のように表現できる。 Now, assuming that the partial differential coefficient with respect to the temperature T at the angle ε 3 is 0 in the light having the reference wavelength, it can be expressed as in Expression (13).

Figure 0005055612
Figure 0005055612

そして、式(7)〜式(13)より、式(14)を得る。   And Formula (14) is obtained from Formula (7)-Formula (13).

Figure 0005055612
Figure 0005055612

さらに、式(14)をτ3について解くと、式(15)を得る、 Further, when equation (14) is solved for τ 3 , equation (15) is obtained.

Figure 0005055612
Figure 0005055612

ただし、Cは式(16)で表される。   However, C is represented by Formula (16).

Figure 0005055612
Figure 0005055612

なお、前述したように、入射光線L1が基準光軸AX1と平行であるため、入射光線L1と基準光軸AX1とを一致させることで、外部から第1透過面21を透過して屈折した光線L2と入射光線L1とがなす角度をε1とし、第1偏角プリズム2内から第2透過面22および第3透過面31を透過して屈折した光線L3と入射光線L1とがなす角度をε2とし、第2偏角プリズム3内から第4透過面32を透過して屈折した光線と入射光線L1とがなす角度をε3とすることができる。 As described above, since the incident light beam L1 is parallel to the reference optical axis AX1, the light beam refracted through the first transmission surface 21 from the outside by matching the incident light beam L1 and the reference optical axis AX1. the angle between L2 and incident light L1 and epsilon 1, the angle between light ray L3 refracted from the first deviation prism within 2 passes through the second transmitting surface 22 and the third transmissive surface 31 and the incident light beam L1 is and epsilon 2, the angle formed from the second deviation prism within 3 and the fourth transmission surface 32 ray and incident light L1 is refracted after passing through the can be epsilon 3.

また、第1透過面21における法線V1と入射光線L1とがなす角度をτ1とし、第2透過面22および第3透過面31における法線V2と入射光線L1とがなす角度をτ2とし、第4透過面32における法線V3と入射光線L1とがなす角度をτ3とすることができる。なおこのとき、角度は入射光線L1を起点として計り、符号は反時計回りを正とすることは勿論である。 Further, the angle formed between the normal line V1 on the first transmission surface 21 and the incident light beam L1 is τ 1, and the angle formed between the normal line V2 on the second transmission surface 22 and the third transmission surface 31 and the incident light beam L1 is τ 2. And the angle formed by the normal line V3 and the incident light ray L1 on the fourth transmission surface 32 can be τ 3 . At this time, the angle is measured with the incident light beam L1 as a starting point, and the sign of course is positive when it is counterclockwise.

このような構成のアサーマルプリズム1において、アサーマルプリズム1の解を求める方法について以下に述べる。まず、第1偏角プリズム2および第2偏角プリズム3の材質(透明媒質)を選定する。なおこのとき、第1および第2偏角プリズム2,3の材質が決まれば、n1およびn2が決まる。 A method for obtaining the solution of the athermal prism 1 in the athermal prism 1 having such a configuration will be described below. First, the material (transparent medium) of the first deflection angle prism 2 and the second deflection angle prism 3 is selected. At this time, if the materials of the first and second deflection prisms 2 and 3 are determined, n 1 and n 2 are determined.

次に、τ1およびτ2を適当に決める。 Next, τ 1 and τ 2 are appropriately determined.

続いて、先に決定した、n1およびn2、τ1およびτ2、並びに式(10)および式(11)を、式(4)および式(5)に代入し、ε1およびε2を算出する。 Subsequently, the previously determined n 1 and n 2 , τ 1 and τ 2 , and the expressions (10) and (11) are substituted into the expressions (4) and (5), and ε 1 and ε 2 Is calculated.

次に、算出したε1およびε2(並びに、τ1、τ2)を式(15)に代入し、τ3を算出する。なお、∂n1/∂Tおよび∂n2/∂Tは、屈折率温度係数であり、第1および第2偏角プリズム2,3の材質により決まる。 Next, the calculated ε 1 and ε 2 (and τ 1 , τ 2 ) are substituted into Equation (15) to calculate τ 3 . Note that ∂n 1 / ∂T and ∂n 2 / ∂T are refractive index temperature coefficients and are determined by the materials of the first and second declination prisms 2 and 3.

そして、算出したτ3(並びに、ε2、n2、n3=1)を式(6)に代入し、ε3を算出する。 Then, the calculated τ 3 (and ε 2 , n 2 , n 3 = 1) is substituted into Equation (6) to calculate ε 3 .

このようにして、偏角ε1〜ε3、および角度τ1〜τ3がアサーマルプリズム1の解として求められる。なお、基準波長以外の波長を有する光線については、式(4)〜式(6)に該波長の屈折率を代入すれば偏角ε1〜ε3が求められる。 In this way, the deflection angles ε 1 to ε 3 and the angles τ 1 to τ 3 are obtained as solutions of the athermal prism 1. For light rays having a wavelength other than the reference wavelength, declination angles ε 1 to ε 3 can be obtained by substituting the refractive index of the wavelength into equations (4) to (6).

ここで、本実施形態におけるアサーマルプリズム1の第1の設計例として、その設計パラメータおよび評価結果を図2に示す。   Here, as a first design example of the athermal prism 1 in the present embodiment, design parameters and evaluation results are shown in FIG.

なお、設計基準波長はe線(波長546.074nm)である。また、評価波長はC線(波長656.273nm)、d線(波長587.562nm)、e線、F線(波長486.133nm)、g線(波長435.834nm)の5つである。また、屈折率と屈折率温度係数は株式会社オハラ社のガラスカタログに掲載されている値を用いた。なお、C線、d線とF線の屈折率温度係数については、C′線(波長643.847nm)、D線(波長589.294nm)およびF′線(波長479.991nm)の値で代用した。また、図2において、Δεは温度変化によるε3の変化量であり、S−BAL14およびS−TIH4はガラスの商品名である。 The design reference wavelength is e-line (wavelength 546.074 nm). Further, there are five evaluation wavelengths: C line (wavelength 656.273 nm), d line (wavelength 587.562 nm), e line, F line (wavelength 486.133 nm), and g line (wavelength 435.834 nm). Moreover, the value published in the glass catalog of OHARA INC. Was used for the refractive index and the refractive index temperature coefficient. For the refractive index temperature coefficients of the C-line, d-line and F-line, the values of C′-line (wavelength 643.847 nm), D-line (wavelength 589.294 nm) and F′-line (wavelength 479.991 nm) were substituted. In FIG. 2, Δε is the amount of change in ε 3 due to temperature change, and S-BAL14 and S-TIH4 are trade names of glass.

一方、従来(非アサーマル)のプリズムにおける偏角の温度変化(Δε2)を図5に示す。図2および図5から分かるように、基準波長であるe線において、第1の設計例における温度変化による偏角の変化量(Δε=−7.6×10-12度)は、従来のプリズムの場合(S−TIH23でΔε2=−7×10-5度)と比べて非常に小さくなっている。 On the other hand, the temperature change (Δε 2 ) of the declination angle in the conventional (non-athermal) prism is shown in FIG. As can be seen from FIG. 2 and FIG. 5, the amount of change in the declination (Δε = −7.6 × 10 −12 degrees) due to the temperature change in the first design example on the e-line as the reference wavelength is the conventional prism. Compared to the case (Δε 2 = −7 × 10 −5 degrees in S-TIH23), it is very small.

また、本実施形態におけるアサーマルプリズム1の第2の設計例として、その設計パラメータおよび評価結果を図3に示す。なお、図3において、S−BSL7およびS−TIH53はガラスの商品名であり、他は第1の設計例と同様である。そして、e線において、第2の設計例における温度変化による偏角の変化量(Δε=−2.2×10-12度)は、第1の設計例の場合と同様に、従来のプリズムの場合(S−TIH23でΔε2=−7×10-5度)と比べて非常に小さくなっている。 FIG. 3 shows design parameters and evaluation results as a second design example of the athermal prism 1 according to the present embodiment. In FIG. 3, S-BSL7 and S-TIH53 are trade names of glass, and the others are the same as in the first design example. Then, in the e-line, the amount of change in the declination (Δε = −2.2 × 10 −12 degrees) due to the temperature change in the second design example is the same as that of the first design example. Compared to the case (Δε 2 = −7 × 10 −5 degrees in S-TIH23), it is very small.

さらに、本実施形態におけるアサーマルプリズム1の第3の設計例として、その設計パラメータおよび評価結果を図4に示す。なお、図4において、S−BAM12およびS−PHM52はガラスの商品名であり、他は第1の設計例と同様である。そして、e線において、第3の設計例における温度変化による偏角の変化量(Δε=−1.8×10-10度)は、第1の設計例の場合と同様に、従来のプリズムの場合(S−TIH23でΔε2=−7×10-5度)と比べて非常に小さくなっている。 Furthermore, as a third design example of the athermal prism 1 in the present embodiment, design parameters and evaluation results are shown in FIG. In FIG. 4, S-BAM 12 and S-PHM 52 are product names of glass, and the others are the same as in the first design example. Then, in the e-line, the amount of change in the declination due to the temperature change in the third design example (Δε = −1.8 × 10 −10 degrees) is the same as that in the first design example. Compared to the case (Δε 2 = −7 × 10 −5 degrees in S-TIH23), it is very small.

この結果、第1実施形態のアサーマルプリズム1によれば、偏角プリズムあるいは波長分散プリズムにおける、温度変化による偏角の変動を極小に抑えることができる。したがって、例えば光通信分野など温度変化が激しく、偏角プリズムや分散プリズムの応用が困難であった領域にも、偏角プリズムや分散プリズムを適用することが可能になる。   As a result, according to the athermal prism 1 of the first embodiment, it is possible to minimize the variation of the declination due to the temperature change in the declination prism or the wavelength dispersion prism. Therefore, for example, in the optical communication field, it is possible to apply the declination prism or the dispersion prism to an area where the application of the declination prism or the dispersion prism is difficult.

次に、アサーマルプリズムの第2実施形態について図6を参照しながら説明する。第2実施形態のアサーマルプリズム51は、基準波長の光線については偏角が生じないよう各偏角プリズムの頂角が決められたいわゆるアミチ型直視分光プリズムであり、第1偏角プリズム52と、第1偏角プリズム52と接合された第2偏角プリズム53と、第1偏角プリズム52と対称的に第2偏角プリズム53接合された第3偏角プリズム54とから構成される。   Next, a second embodiment of the athermal prism will be described with reference to FIG. The athermal prism 51 of the second embodiment is a so-called Amici-type direct-viewing spectroscopic prism in which the apex angle of each declination prism is determined so that no declination occurs with respect to a light beam having a reference wavelength. The second deflection prism 53 joined to the first deflection prism 52 and the third deflection prism 54 joined to the second deflection prism 53 symmetrically with the first deflection prism 52.

第1偏角プリズム52は、ガラスやプラスチック等の透明な材料を用いて三角柱形に形成され、その側面には、光が透過可能な第1透過面71と、この第1透過面71に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第2透過面72とが形成される。第2偏角プリズム53は、第1偏角プリズム52と同様に、ガラスやプラスチック等の透明な材料を用いて三角柱形に形成され、その側面には、光が透過可能な第3透過面81と、この第3透過面81に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第4透過面82とが形成される。ただし、第2偏角プリズム53は、第1偏角プリズム52の屈折率と異なる屈折率を有している。   The first declination prism 52 is formed in a triangular prism shape using a transparent material such as glass or plastic, and has a first transmission surface 71 through which light can be transmitted and a first transmission surface 71 with respect to the first transmission surface 71. A second transmission surface 72 that is inclined and capable of transmitting light is formed. Similar to the first deflection prism 52, the second deflection prism 53 is formed in a triangular prism shape using a transparent material such as glass or plastic, and has a third transmission surface 81 through which light can be transmitted. And a fourth transmission surface 82 that is inclined with respect to the third transmission surface 81 and is capable of transmitting light. However, the second deflection prism 53 has a refractive index different from that of the first deflection prism 52.

第3偏角プリズム54は、第1偏角プリズム52と同じガラスやプラスチック等の透明な材料を用いて三角柱形に形成され、その側面には、光が透過可能な第5透過面91と、この第5透過面91に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第6透過面92とが形成される。また、第3偏角プリズム54は、第1偏角プリズム52の屈折率と同じ屈折率を有するとともに、第1偏角プリズム52の反転形状に形成されており、第5透過面91と第6透過面92とがなす頂角γが、第1偏角プリズム52の第1透過面71と第2透過面72とがなす頂角αと同じ角度となっている。   The third declination prism 54 is formed in a triangular prism shape using the same transparent material as glass or plastic as the first declination prism 52, and on its side surface, a fifth transmission surface 91 capable of transmitting light, A sixth transmission surface 92 that is inclined with respect to the fifth transmission surface 91 and can transmit light is formed. The third deflection prism 54 has the same refractive index as that of the first deflection prism 52 and is formed in the inverted shape of the first deflection prism 52. The apex angle γ formed by the transmission surface 92 is the same as the apex angle α formed by the first transmission surface 71 and the second transmission surface 72 of the first declination prism 52.

そして、第2透過面72が第3透過面81と接触した状態で第1偏角プリズム52が第2偏角プリズム53と接合されるとともに、第5透過面91が第4透過面82と接触した状態で第3偏角プリズム54が第1偏角プリズム52と対称的に第2偏角プリズム53と接合され、第1透過面71、第2透過面72、第3透過面81、第4透過面82、第5透過面91、および第6透過面92が所定の同一平面(図6において各図が記載される面)に対してそれぞれ垂直となるようになっている。また、外部から第1偏角プリズム52の第1透過面71へ入射した所定の基準波長を有する光線は、第1透過面71を透過して第1偏角プリズム52、第2偏角プリズム53、および第3偏角プリズム54内を順に進んだ後、入射光線と平行な向きで第6透過面92から出射するようになっている。   The first deflection prism 52 is joined to the second deflection prism 53 while the second transmission surface 72 is in contact with the third transmission surface 81, and the fifth transmission surface 91 is in contact with the fourth transmission surface 82. In this state, the third deflection prism 54 is joined to the second deflection prism 53 symmetrically with the first deflection prism 52, and the first transmission surface 71, the second transmission surface 72, the third transmission surface 81, and the fourth. The transmission surface 82, the fifth transmission surface 91, and the sixth transmission surface 92 are respectively perpendicular to a predetermined same plane (the surface in which each drawing is described in FIG. 6). Further, a light beam having a predetermined reference wavelength incident on the first transmission surface 71 of the first deflection prism 52 from the outside is transmitted through the first transmission surface 71, and the first deflection prism 52 and the second deflection prism 53. , And the third declination prism 54 in order, and then exit from the sixth transmission surface 92 in a direction parallel to the incident light beam.

ここで、第1〜第3偏角プリズム52,53,54を透過する光線の角度を考察する。図6に示すように、第2実施形態のアサーマルプリズム51は、左右対称の形状を有しており、アサーマルプリズム51の中央部に形成される対称基準面Sに沿ってアサーマルプリズム51を分割すると、図7に示すように、2組のアサーマルプリズム61,66が形成される。   Here, the angle of the light beam transmitted through the first to third declination prisms 52, 53, and 54 will be considered. As shown in FIG. 6, the athermal prism 51 of the second embodiment has a bilaterally symmetric shape, and when the athermal prism 51 is divided along a symmetric reference plane S formed at the center of the athermal prism 51. As shown in FIG. 7, two sets of athermal prisms 61 and 66 are formed.

そして、前半部分(図7における左側)のアサーマルプリズム61は、特に第2偏角プリズム3′の第4透過面32′が基準光軸AX1′に対し垂直となるように構成された第1実施形態のアサーマルプリズムと見ることができる。また、後半部分(図7における右側)のアサーマルプリズム66は、前半部分のアサーマルプリズム61に対して対称基準面Sを基準に面対称に形成されたアサーマルプリズムと見ることができる。   The athermal prism 61 in the first half (left side in FIG. 7) is particularly configured so that the fourth transmission surface 32 ′ of the second declination prism 3 ′ is perpendicular to the reference optical axis AX1 ′. It can be seen as a form of athermal prism. The athermal prism 66 in the latter half (right side in FIG. 7) can be regarded as an athermal prism formed symmetrically with respect to the asymmetric prism 61 in the first half with respect to the symmetrical reference plane S.

そこでまず、前半部分のアサーマルプリズム61に着目し、第4透過面32′における法線V3′と基準光軸AX1′とがなす角度をτ3′とすると、第4透過面32′すなわち対称基準面Sが(入射光線と平行な)基準光軸AX1′に対し垂直であるという条件から、式(17)が成立する。 First, paying attention to the athermal prism 61 in the first half, and assuming that the angle formed between the normal line V3 ′ and the reference optical axis AX1 ′ at the fourth transmission surface 32 ′ is τ 3 ′, the fourth transmission surface 32 ′, that is, the symmetry reference. Equation (17) is established from the condition that the surface S is perpendicular to the reference optical axis AX1 ′ (parallel to the incident light beam).

τ3′=0 (17) τ 3 ′ = 0 (17)

また、基準波長を有する光線は対称基準面S(すなわち、第4透過面32′)を垂直に通過することから、第2偏角プリズム3′内から第4透過面32′を透過して屈折した光線L4′と基準光軸AX1′とがなす角度をε3′とすると、式(18)であることが要求される。 Further, since the light beam having the reference wavelength passes perpendicularly through the symmetrical reference surface S (that is, the fourth transmission surface 32 '), it is refracted through the fourth transmission surface 32' from the second declination prism 3 '. When the angle formed between the light beam L4 ′ and the reference optical axis AX1 ′ is ε 3 ′, it is required that the equation (18) is satisfied.

ε3′=0 (18) ε 3 ′ = 0 (18)

同時に自明のこととして、第1偏角プリズム2′内から第2透過面22′および第3透過面31′を透過して屈折した光線L3′と基準光軸AX1′とがなす角度をε2′とすると、式(19)であることが要求される。 At the same time, it is self-evident that the angle formed by the light beam L3 ′ refracted through the second transmission surface 22 ′ and the third transmission surface 31 ′ from the first deflection prism 2 ′ and the reference optical axis AX1 ′ is ε 2. If it is set as ′, it is required that it is a formula (19).

ε2′=0 (19) ε 2 ′ = 0 (19)

さて、第1実施形態における当初の前提である、式(10)および式(11)を(1)式に代入してτ1について解くと、式(20)を得る。 By substituting Equation (10) and Equation (11), which are the initial premise in the first embodiment, into Equation (1) and solving for τ 1 , Equation (20) is obtained.

Figure 0005055612
Figure 0005055612

次に、τ3′=τ3、ε3′=ε3、ε2′=ε2とし、式(17)、式(18)、式(19)を式(2)に代入してτ2について解くと、式(21)を得る。 Next, τ 3 ′ = τ 3 , ε 3 ′ = ε 3 , ε 2 ′ = ε 2, and Expression (17), Expression (18), and Expression (19) are substituted into Expression (2) and τ 2 Is solved to obtain equation (21).

Figure 0005055612
Figure 0005055612

次に、式(15)に式(19)を代入すると、式(22)のようになる。   Next, when Expression (19) is substituted into Expression (15), Expression (22) is obtained.

Figure 0005055612
Figure 0005055612

続いて、式(22)に式(16)を代入すると、式(23)を得る。   Subsequently, when Expression (16) is substituted into Expression (22), Expression (23) is obtained.

Figure 0005055612
Figure 0005055612

ここで、式(23)をτ2について解くと、式(24)となる。 Here, when equation (23) is solved for τ 2 , equation (24) is obtained.

Figure 0005055612
Figure 0005055612

そして、式(24)に式(20)および式(21)を代入してε1について解くと、式(25)を得る。 Then, substituting Equation (20) and Equation (21) into Equation (24) and solving for ε 1 yields Equation (25).

Figure 0005055612
Figure 0005055612

ここで、図6および図7に示すように、第2実施形態のアサーマルプリズム51と分割した2組のアサーマルプリズム61,66との対応関係から、式(20)〜式(25)において、所定の基準波長を有する光における第1偏角プリズム52および第3偏角プリズム54の屈折率をn1とし、基準波長を有する光における第2偏角プリズム53の屈折率をn2とすることができる。また、外部から第1偏角プリズム52の第1透過面71へ入射する入射光線L5と図6に示す所定の基準光軸AX2とがなす角度をε0とし、外部から第1透過面71を透過して屈折した光線L6と基準光軸AX2とがなす角度をε1とし、第1偏角プリズム52内から第2透過面72および第3透過面81を透過して屈折した光線L7と基準光軸AX2とがなす角度をε2とすることができる。 Here, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, from the correspondence relationship between the athermal prism 51 of the second embodiment and the two sets of divided athermal prisms 61 and 66, in the equations (20) to (25), a predetermined The refractive index of the first declination prism 52 and the third declination prism 54 in the light having the reference wavelength is n 1, and the refraction index of the second declination prism 53 in the light having the reference wavelength is n 2. it can. Further, the angle formed with a predetermined reference optical axis AX2 shown in incident light L5 and 6 incident from the outside to the first transmitting surface 71 of the first deviation prism 52 and epsilon 0, a first transmitting surface 71 from the outside the angle at which transmitted light L6 is refracted by and the reference optical axis AX2 forms and epsilon 1, light L7 and reference being refracted from the first deviation prism within 52 transmitted through the second transmitting surface 72 and the third transmission surface 81 The angle formed by the optical axis AX2 can be ε 2 .

また、第1透過面71における法線V4と基準光軸AX2とがなす角度をτ1とし、第2透過面72および第3透過面81における法線V5と基準光軸AX2とがなす角度をτ2とすることができる。なおこのとき、角度は基準光軸AX2を起点として計り、符号は反時計回りを正とする。また、第1実施形態の場合と同様に議論を簡単化するため、入射光線L5を基準光軸AX2に平行に設定して、ε0=0とする。また前述の通り、ε2=0でなければならない。これにより、外部から第1透過面71を透過して屈折した光線L6と入射光線L5とがなす角度をε1とし、第1透過面71における法線V4と入射光線L5とがなす角度をτ1とし、第2透過面72および第3透過面81における法線V5と入射光線L5とがなす角度をτ2とすることができる。 Further, the angle between the normal line V4 and the reference optical axis AX2 in the first transmitting surface 71 and tau 1, the angle between the normal line V5 and the reference optical axis AX2 of the second transmitting surface 72 and the third transmission surface 81 τ 2 can be used. At this time, the angle is measured starting from the reference optical axis AX2, and the sign is positive in the counterclockwise direction. Also, in order to simplify the discussion as in the case of the first embodiment, the incident light beam L5 is set parallel to the reference optical axis AX2, and ε 0 = 0. As described above, ε 2 = 0. Thus, the angle between light ray L6 is refracted after passing through the first transmitting surface 71 from the outside and incident light L5 is set to epsilon 1, the angle between the normal line V4 and the incident ray L5 in the first transmitting surface 71 is τ 1 and the angle formed by the normal line V5 and the incident light beam L5 on the second transmission surface 72 and the third transmission surface 81 can be τ 2 .

さらに、アサーマルプリズム51の対称性より、第4透過面82および第5透過面91における法線V6と基準光軸AX2(すなわち、入射光線L5)とがなす角度をτ3とし、第6透過面92における法線V7と基準光軸AX2(すなわち、入射光線L5)とがなす角度をτ4とすると、τ3=−τ2、τ4=−τ1となる。また同様に、第2偏角プリズム53内から第4透過面82および第5透過面91を透過して屈折した光線L8と基準光軸AX2(すなわち、入射光線L5)とがなす角度をε3とし、第3偏角プリズム54内から第6透過面92を透過して屈折した光線L9と基準光軸AX2(すなわち、入射光線L5)とがなす角度をε4とすると、ε3=−ε1、ε4=0となる。 Further, because of the symmetry of the athermal prism 51, the angle formed between the normal line V6 and the reference optical axis AX2 (that is, the incident light beam L5) on the fourth transmission surface 82 and the fifth transmission surface 91 is τ 3, and the sixth transmission surface Assuming that the angle between the normal V7 at 92 and the reference optical axis AX2 (that is, the incident light beam L5) is τ 4 , τ 3 = −τ 2 and τ 4 = −τ 1 . Similarly, the angle formed between the light L8 refracted through the fourth transmission surface 82 and the fifth transmission surface 91 from the second deflection angle prism 53 and the reference optical axis AX2 (that is, the incident light L5) is ε 3. Suppose that ε 4 is an angle formed by the light beam L9 transmitted through the sixth transmission surface 92 and refracted from the third deflection prism 54 and the reference optical axis AX2 (that is, the incident light beam L5), ε 3 = −ε 1 and ε 4 = 0.

このような構成のアサーマルプリズム51において、アサーマルプリズム51の解を求める方法について以下に述べる。まず、第1偏角プリズム52(第3偏角プリズム54)および第2偏角プリズム53の適当な2種類の材質(透明媒質)を選定する。なおこのとき、第1〜第3偏角プリズム52,53,54の材質が決まれば、n1およびn2、並びに∂n1/∂Tおよび∂n2/∂Tが決まる。 A method for obtaining the solution of the athermal prism 51 in the athermal prism 51 having such a configuration will be described below. First, two appropriate materials (transparent medium) for the first deflection prism 52 (third deflection prism 54) and the second deflection prism 53 are selected. At this time, if the materials of the first to third declination prisms 52, 53, and 54 are determined, n 1 and n 2 , and 1n 1 / ∂T and ∂n 2 / ∂T are determined.

次に、先に決定した、n1およびn2、並びに∂n1/∂Tおよび∂n2/∂Tを式(25)に代入し、ε1を算出する。 Next, n 1 and n 2 , ∂n 1 / ∂T and ∂n 2 / ∂T determined previously are substituted into equation (25), and ε 1 is calculated.

次に、算出したε1(並びに、n1)を式(20)に代入し、τ1を求める。 Next, the calculated ε 1 (and n 1 ) is substituted into the equation (20) to obtain τ 1 .

また、算出したε1(並びに、n1およびn2)を式(21)に代入し、τ2を求める。 Also, the calculated ε 1 (and n 1 and n 2 ) is substituted into equation (21) to obtain τ 2 .

なお、τ3は、τ3=−τ2として算出され、τ4は、τ4=−τ1として算出される。このようにして、角度τ1〜τ4がアサーマルプリズム51の解として求められる。 Note that τ 3 is calculated as τ 3 = −τ 2 , and τ 4 is calculated as τ 4 = −τ 1 . In this way, the angles τ 1 to τ 4 are obtained as solutions of the athermal prism 51.

ここで、本実施形態におけるアミチ型アサーマルプリズム51の第1の設計例として、その設計パラメータおよび評価結果を図8に示す。なお、設計基準波長等は、第1実施形態の場合と同様である。また、図8において、Δεは温度変化によるε4の変化量であり、S−BSL7およびS−BSM14はガラスの商品名である。そして、e線において、第1の設計例における温度変化による偏角の変化量(Δε=−9.81×10-11度)は、従来のプリズムの場合(S−TIH23でΔε2=−7×10-5度)と比べて非常に小さくなっている。 Here, as a first design example of the amic type athermal prism 51 in the present embodiment, design parameters and evaluation results are shown in FIG. The design reference wavelength and the like are the same as in the first embodiment. In FIG. 8, Δε is the amount of change in ε 4 due to temperature change, and S-BSL7 and S-BSM14 are trade names of glass. In the e-line, the amount of change in the declination (Δε = −9.81 × 10 −11 degrees) due to the temperature change in the first design example is the case of the conventional prism (Δε 2 = −7 in S-TIH23). × 10 −5 degrees), which is very small.

また、本実施形態におけるアミチ型アサーマルプリズム51の第2の設計例として、その設計パラメータおよび評価結果を図9に示す。なお、図9において、S−BSL7およびS−BSM12はガラスの商品名であり、他は第1の設計例と同様である。そして、e線において、第2の設計例における温度変化による偏角の変化量(Δε=−9.81×10-11度)は、第1の設計例の場合と同様に、従来のプリズムの場合(S−TIH23でΔε2=−7×10-5度)と比べて非常に小さくなっている。 FIG. 9 shows design parameters and evaluation results as a second design example of the amic type athermal prism 51 in the present embodiment. In FIG. 9, S-BSL7 and S-BSM12 are trade names of glass, and the others are the same as in the first design example. Then, in the e-line, the amount of change in the deflection angle due to the temperature change in the second design example (Δε = −9.81 × 10 −11 degrees) is the same as that in the first design example. Compared to the case (Δε 2 = −7 × 10 −5 degrees in S-TIH23), it is very small.

さらに、本実施形態におけるアミチ型アサーマルプリズム51の第3の設計例として、その設計パラメータおよび評価結果を図10に示す。なお、図10において、S−TIL6およびS−TIM22はガラスの商品名であり、他は第1の設計例と同様である。そして、e線において、第3の設計例における温度変化による偏角の変化量(Δε=−8.56×10-11度)は、第1の設計例の場合と同様に、従来のプリズムの場合(S−TIH23でΔε2=−7×10-5度)と比べて非常に小さくなっている。 Furthermore, as a third design example of the amic type athermal prism 51 in the present embodiment, its design parameters and evaluation results are shown in FIG. In FIG. 10, S-TIL6 and S-TIM22 are trade names of glass, and the others are the same as in the first design example. Then, in the e-line, the amount of change in the declination due to the temperature change in the third design example (Δε = −8.56 × 10 −11 degrees) is the same as that in the first design example. Compared to the case (Δε 2 = −7 × 10 −5 degrees in S-TIH23), it is very small.

この結果、第2実施形態のアサーマルプリズム51によれば、第1実施形態のアサーマルプリズム1と同様に、偏角プリズムあるいは波長分散プリズムにおける、温度変化による偏角の変動を極小に抑えることができる。したがって、例えば光通信分野など温度変化が激しく、偏角プリズムや分散プリズムの応用が困難であった領域にも、偏角プリズムや分散プリズムを適用することが可能になる。   As a result, according to the athermal prism 51 of the second embodiment, similarly to the athermal prism 1 of the first embodiment, the fluctuation of the declination due to the temperature change in the declination prism or the wavelength dispersion prism can be minimized. . Therefore, for example, in the optical communication field, it is possible to apply the declination prism or the dispersion prism to an area where the application of the declination prism or the dispersion prism is difficult.

続いて、上述のようなアサーマルプリズムを備えた分光器について図11を参照しながら説明する。この分光器100は、図11に示すように、入口スリット101から入射した入射光を波長分散させるためのグレーティング105と、入口スリット101とグレーティング105との間に配設されたアサーマルプリズム1とを有して構成される。なお、アサーマルプリズム1は、上述した第1実施形態のアサーマルプリズム1である。   Next, a spectroscope equipped with the athermal prism as described above will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, the spectroscope 100 includes a grating 105 for wavelength-dispersing incident light incident from the entrance slit 101, and an athermal prism 1 disposed between the entrance slit 101 and the grating 105. It is configured. The athermal prism 1 is the athermal prism 1 of the first embodiment described above.

入口スリット101から分光器100内に入射した入射光は、第1コリメート光学系102により平行光となってアサーマルプリズム1に入射する。アサーマルプリズム1に入射した入射光は、アサーマルプリズム1を透過する際に波長分散して、アサーマルプリズム1から出射した出射光より第1リレー光学系103を用いて入口スリット101の中間像y2が得られる。次に入射光は第2コリメート光学系104により再び平行光となってグレーティング105に入射する。グレーティング105に入射した入射光は、グレーティング105で反射する際に波長分散し、グレーティング105から出射した出射光より第2リレー光学系106を用いて中間像y2と共役なスペクトラム像y1が得られる。なお、スペクトラム像y1は、光ファイバ等の図示しない受光手段により検出される。   Incident light that has entered the spectroscope 100 from the entrance slit 101 enters the athermal prism 1 as parallel light by the first collimating optical system 102. The incident light incident on the athermal prism 1 is wavelength-dispersed when passing through the athermal prism 1, and an intermediate image y2 of the entrance slit 101 is obtained from the outgoing light emitted from the athermal prism 1 using the first relay optical system 103. It is done. Next, the incident light becomes parallel light again by the second collimating optical system 104 and enters the grating 105. The incident light incident on the grating 105 is wavelength-dispersed when reflected by the grating 105, and a spectrum image y1 conjugate with the intermediate image y2 is obtained from the emitted light emitted from the grating 105 using the second relay optical system 106. The spectrum image y1 is detected by a light receiving means (not shown) such as an optical fiber.

ところで、グレーティング105による波長分散においては、グレーティング105から出射した出射光における波長に対する出射角の非線形性が存在する。すなわち、波長とスペクトラム像の位置との関係をプロットすると直線にはならず曲線となる。なお、分散プリズムによる波長分散においても、分散プリズムから出射した出射光における波長に対する出射角の非線形性が存在する。   By the way, in the chromatic dispersion by the grating 105, there is nonlinearity of the emission angle with respect to the wavelength in the outgoing light emitted from the grating 105. That is, when the relationship between the wavelength and the position of the spectrum image is plotted, it becomes a curve instead of a straight line. Note that, also in the wavelength dispersion by the dispersion prism, there is nonlinearity of the emission angle with respect to the wavelength of the emitted light emitted from the dispersion prism.

分光器の用途によっては、等間隔に離れている波長光のスペクトラム像y1を等間隔に形成させたい場合がある。例えば、光通信における分波器などである。そのため、本実施形態の分光器100は、グレーティング105での波長分散における非線形性に分散プリズムでの波長分散における非線形性を加えて互いの非線形性を相殺する構成となっており、グレーティング105から出射した出射光における波長に対する出射角の非線形性を補正するための分散プリズムとして、第1実施形態のアサーマルプリズム1が用いられている。   Depending on the use of the spectroscope, there are cases where it is desired to form spectrum images y1 of wavelength lights that are separated at equal intervals. For example, a duplexer in optical communication. Therefore, the spectroscope 100 of the present embodiment has a configuration in which the nonlinearity in the chromatic dispersion at the dispersion prism is added to the nonlinearity in the chromatic dispersion at the grating 105 to cancel each other's nonlinearity. The athermal prism 1 of the first embodiment is used as a dispersion prism for correcting the nonlinearity of the emission angle with respect to the wavelength of the emitted light.

このような分光器100に用いられるアサーマルプリズム1の設計例として、その設計パラメータおよび評価結果を図12に示す。なお、グレーティング105の波長分散で得られる像位置の温度変化は、分散プリズムと比較して極めて小さいため、本実施形態においては無視するものとする。また、図12において、ε1、ε2の記載は省略している。 As a design example of the athermal prism 1 used in such a spectroscope 100, its design parameters and evaluation results are shown in FIG. Note that the temperature change of the image position obtained by the wavelength dispersion of the grating 105 is extremely small as compared with the dispersion prism, and is therefore ignored in this embodiment. In FIG. 12, the description of ε 1 and ε 2 is omitted.

また、図12において、線形からのずれとは、理想的な線形位置からのずれ、すなわち非線形性を表す。具体的には、波長と像位置y4との関係をxy座標上にプロットしてベストフィットする直線を求めておき、次いで図12に示すy4の値から該当波長に対応するベストフィット直線から求めた完全線形像位置yの値を差し引いたものである。   In FIG. 12, the deviation from the linear represents a deviation from the ideal linear position, that is, non-linearity. Specifically, the relationship between the wavelength and the image position y4 is plotted on the xy coordinates to obtain a best-fit straight line, and then obtained from the value of y4 shown in FIG. 12 from the best-fit straight line corresponding to the wavelength. The value of the completely linear image position y is subtracted.

図12から分かるように、プリズムありの場合と比較すると、プリズムなしの場合の方が、線形からのずれが大きくなっている。また、図12から分かるように、単プリズム(材質S−TIH4)を使用すると、プリズムなしの場合と比較して、線形からのずれが小さくなっている。そして、図12から分かるように、アサーマルプリズム1を使用した場合の温度変化による像移動量(e線で0mm)は、単プリズムを使用した場合の温度変化による像移動量(e線で−3×10-5mm)よりも小さくなっている。 As can be seen from FIG. 12, the deviation from the linearity is greater in the case without the prism than in the case with the prism. Further, as can be seen from FIG. 12, when a single prism (material S-TIH4) is used, the deviation from linearity is smaller than in the case without a prism. As can be seen from FIG. 12, the amount of image movement due to temperature change when the athermal prism 1 is used (0 mm for e line) is the amount of image movement due to temperature change when a single prism is used (−3 for e line). × 10 −5 mm).

この結果、以上のような構成の分光器100によれば、アサーマルプリズム1を用いて温度変化による像移動量を小さくすることが可能となり、例えば光通信分野など温度変化が激しい分野においても、非線形性を補正するための分散プリズムを使用することが可能になる。   As a result, according to the spectroscope 100 having the above-described configuration, it is possible to reduce the amount of image movement due to a temperature change using the athermal prism 1. It becomes possible to use a dispersion prism for correcting the characteristics.

なお、上述の分光器100において、第1実施形態のアサーマルプリズム1に限らず、分散プリズムとして第2実施形態のアミチ型アサーマルプリズム51を用いるようにしてもよい。   In the spectroscope 100 described above, not only the athermal prism 1 of the first embodiment, but also the amic type athermal prism 51 of the second embodiment may be used as a dispersion prism.

本発明に係るプリズムの第1実施形態であるアサーマルプリズムの模式図である。It is a schematic diagram of the athermal prism which is 1st Embodiment of the prism which concerns on this invention. 第1実施形態におけるアサーマルプリズムの第1の設計例を示す表である。It is a table | surface which shows the 1st design example of the athermal prism in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるアサーマルプリズムの第2の設計例を示す表である。It is a table | surface which shows the 2nd design example of the athermal prism in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるアサーマルプリズムの第3の設計例を示す表である。It is a table | surface which shows the 3rd design example of the athermal prism in 1st Embodiment. 従来のプリズムにおける偏角の温度変化を示す表である。It is a table | surface which shows the temperature change of the deflection angle in the conventional prism. 第2実施形態のアサーマルプリズムの模式図である。It is a schematic diagram of the athermal prism of 2nd Embodiment. 第2実施形態のアサーマルプリズムを2組のアサーマルプリズムに分割した状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which divided | segmented the athermal prism of 2nd Embodiment into two sets of athermal prisms. 第2実施形態におけるアサーマルプリズムの第1の設計例を示す表である。It is a table | surface which shows the 1st design example of the athermal prism in 2nd Embodiment. 第2実施形態におけるアサーマルプリズムの第2の設計例を示す表である。It is a table | surface which shows the 2nd design example of the athermal prism in 2nd Embodiment. 第2実施形態におけるアサーマルプリズムの第3の設計例を示す表である。It is a table | surface which shows the 3rd design example of the athermal prism in 2nd Embodiment. 本発明に係る分光器の模式図である。It is a schematic diagram of the spectrometer which concerns on this invention. 本発明に係る分光器に構成されるアサーマルプリズムの設計例を示す表である。It is a table | surface which shows the example of a design of the athermal prism comprised in the spectrometer which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 アサーマルプリズム(プリズムの第1実施形態)
2 第1偏角プリズム 3 第2偏角プリズム
21 第1透過面 22 第2透過面
31 第3透過面 32 第4透過面
51 アサーマルプリズム(プリズムの第2実施形態)
52 第1偏角プリズム 53 第2偏角プリズム
54 第3偏角プリズム
71 第1透過面 72 第2透過面
81 第3透過面 82 第4透過面
91 第5透過面 92 第6透過面
100 分光器
105 グレーティング(波長分散素子)
1 Athermal prism (first embodiment of prism)
2 First Deviation Prism 3 Second Deviation Prism 21 First Transmission Surface 22 Second Transmission Surface 31 Third Transmission Surface 32 Fourth Transmission Surface 51 Athermal Prism (Second Embodiment of Prism)
52 First Deviation Prism 53 Second Deviation Prism 54 Third Deviation Prism 71 First Transmission Surface 72 Second Transmission Surface 81 Third Transmission Surface 82 Fourth Transmission Surface 91 Fifth Transmission Surface 92 Sixth Transmission Surface 100 Spectroscopy 105 grating (wavelength dispersion element)

Claims (2)

光が透過可能な第1透過面および、前記第1透過面に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第2透過面を有する第1偏角プリズムと、
光が透過可能な第3透過面および、前記第3透過面に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第4透過面を有し、前記第1偏角プリズムの屈折率と異なる屈折率を有する第2偏角プリズムと、
光が透過可能な第5透過面および、前記第5透過面に対し傾斜して設けられて光が透過可能な第6透過面を有し、前記第1偏角プリズムの屈折率と同じ屈折率を有するとともに、前記第5透過面と前記第6透過面とがなす頂角が前記第1偏角プリズムの前記第1透過面と前記第2透過面とがなす頂角と同じ角度である第3偏角プリズムとを備え、
前記第2透過面が前記第3透過面と接触した状態で前記第1偏角プリズムが前記第2偏角プリズムと接合されるとともに、前記第5透過面が前記第4透過面と接触した状態で前記第3偏角プリズムが前記第1偏角プリズムと対称的に前記第2偏角プリズムと接合され、前記第1透過面、前記第2透過面、前記第3透過面、前記第4透過面、前記第5透過面、および前記第6透過面が所定の同一平面に対してそれぞれ垂直となるように構成された、光を波長分散させるためのプリズムであって、
所定の基準波長を有する光における前記第1偏角プリズムおよび前記第3偏角プリズムの屈折率をn1とし、前記基準波長を有する光における前記第2偏角プリズムの屈折率をn2とし、前記プリズムおよびプリズム周辺の温度をTとし、外部から前記第1偏角プリズムの前記第1透過面へ入射する入射光線と外部から前記第1透過面を透過して屈折した光線とがなす角度をε1とし、前記入射光線と前記第1透過面における法線とがなす角度をτ1とし、前記入射光線と前記第2透過面および前記第3透過面における法線とがなす角度をτ2とし、さらに角度ε1およびτ1並びにτは前記入射光線を起点として計り、符号は反時計回りを正とすると、次式
τ1=tan-1{(n1sinε1)/(n1cosε1−1)}
τ2=tan-1{(n1sinε1)/(n1cosε1−n2)}
ただし、
ε1=cos-1{n1−(n2−1)(∂n1/∂T)/(∂n2/∂T)}
の関係をそれぞれ満たし、
前記入射光線と前記プリズムの基準光軸とが平行に設定され、
前記基準光軸と前記外部から前記第1透過面を透過して屈折した光線とがなす角度を前記ε 1 とし、前記基準光軸と前記第1透過面における法線とがなす角度を前記τ 1 とし、前記基準光軸と前記第2透過面および前記第3透過面における法線とがなす角度を前記τ 2 としたパラメータに基づいて、前記式がそれぞれ求められることを特徴とするプリズム。
A first transmissive prism capable of transmitting light, and a first declination prism having a second transmissive surface that is inclined with respect to the first transmissive surface and capable of transmitting light;
A refractive index different from the refractive index of the first declination prism, having a third transmission surface capable of transmitting light and a fourth transmission surface provided to be inclined with respect to the third transmission surface and capable of transmitting light. A second declination prism having
A fifth transmission surface capable of transmitting light, and a sixth transmission surface which is inclined with respect to the fifth transmission surface and capable of transmitting light, and has the same refractive index as that of the first deflection prism. And the apex angle formed by the fifth transmission surface and the sixth transmission surface is the same as the apex angle formed by the first transmission surface and the second transmission surface of the first declination prism. 3 declination prisms,
The first deflection prism is joined to the second deflection prism in a state where the second transmission surface is in contact with the third transmission surface, and the fifth transmission surface is in contact with the fourth transmission surface. The third deflection prism is joined to the second deflection prism symmetrically with the first deflection prism, and the first transmission surface, the second transmission surface, the third transmission surface, and the fourth transmission surface. A prism for wavelength-dispersing light, wherein the surface, the fifth transmission surface, and the sixth transmission surface are each perpendicular to a predetermined same plane,
The refractive index of the first declination prism and the third declination prism in the light having a predetermined reference wavelength is n 1, and the refraction index of the second declination prism in the light having the reference wavelength is n 2 , Let T be the temperature of the prism and the surroundings of the prism, and the angle formed between the incident light beam incident on the first transmission surface of the first deflection prism and the light beam refracted through the first transmission surface from the outside. ε 1 , the angle between the incident light beam and the normal line on the first transmission surface is τ 1, and the angle between the incident light beam and the normal line on the second transmission surface and the third transmission surface is τ 2. and then, further angle epsilon 1 and tau 1 and tau 2 scales the incident light beam as a starting point, the code is a counterclockwise direction is positive, the following equation τ 1 = tan -1 {(n 1 sinε 1) / (n 1 cosε 1 −1)}
τ 2 = tan −1 {(n 1 sinε 1 ) / (n 1 cosε 1 −n 2 )}
However,
ε 1 = cos −1 {n 1 − (n 2 −1) (∂n 1 / ∂T) / (∂n 2 / ∂T)}
Satisfy each of the
The incident light beam and the reference optical axis of the prism are set in parallel,
The angle formed by the reference optical axis and the light beam refracted through the first transmission surface from the outside is defined as ε 1, and the angle formed by the reference optical axis and the normal line on the first transmission surface is defined as τ. The prism is characterized in that each of the above equations is obtained based on a parameter where τ 2 is an angle between the reference optical axis and the normal line of the second transmission surface and the third transmission surface .
入射光を波長分散させる波長分散素子と、
前記波長分散素子から出射した出射光における波長に対する出射角の非線形性を補正する分散プリズムとを備えた分光器において、
前記分散プリズムが請求項1に記載のプリズムから構成されることを特徴とする分光器。
A wavelength dispersion element for wavelength-dispersing incident light;
In a spectroscope including a dispersion prism that corrects nonlinearity of an emission angle with respect to a wavelength in outgoing light emitted from the wavelength dispersion element,
A spectrometer comprising the prism according to claim 1.
JP2005290689A 2005-10-04 2005-10-04 Prism and spectroscope Expired - Fee Related JP5055612B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005290689A JP5055612B2 (en) 2005-10-04 2005-10-04 Prism and spectroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005290689A JP5055612B2 (en) 2005-10-04 2005-10-04 Prism and spectroscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007101824A JP2007101824A (en) 2007-04-19
JP5055612B2 true JP5055612B2 (en) 2012-10-24

Family

ID=38028835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005290689A Expired - Fee Related JP5055612B2 (en) 2005-10-04 2005-10-04 Prism and spectroscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5055612B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5030173B2 (en) * 2008-06-23 2012-09-19 独立行政法人理化学研究所 Dispersive prism
JP4711009B2 (en) * 2008-10-16 2011-06-29 ソニー株式会社 Optical measuring device
JP6182988B2 (en) * 2013-06-12 2017-08-23 住友電気工業株式会社 Spectroscopic device and wavelength selective switch
CN103411670B (en) * 2013-06-27 2015-08-19 中国科学院光电研究院 A kind of Novel prism dispersion imaging spectrometer
JP6344068B2 (en) * 2014-06-05 2018-06-20 住友電気工業株式会社 Wavelength selective switch
JP6349980B2 (en) * 2014-06-05 2018-07-04 住友電気工業株式会社 Wavelength selective switch

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0693044B2 (en) * 1985-03-22 1994-11-16 株式会社日立製作所 Prism optical system and information device using the same
JPH0827401B2 (en) * 1987-02-12 1996-03-21 株式会社コパル Beam shaping prism
JP2832017B2 (en) * 1988-09-30 1998-12-02 キヤノン株式会社 Optical information processing device
JP3446320B2 (en) * 1994-07-29 2003-09-16 株式会社島津製作所 Direct-view spectrometer
JP3700464B2 (en) * 1999-04-26 2005-09-28 横河電機株式会社 Spectrometer
JP2000311375A (en) * 1999-04-27 2000-11-07 Ricoh Co Ltd Prism and optical pickup device
JP2003067968A (en) * 2001-08-27 2003-03-07 Olympus Optical Co Ltd Optical head

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007101824A (en) 2007-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5055612B2 (en) Prism and spectroscope
US9297987B2 (en) Wide field athermalized orthoscopic lens system
US6650413B2 (en) Linear spectrometer
US6757105B2 (en) Optical device having a wide field-of-view for multicolor images
EP2309222A1 (en) Film thickness measuring device and film thickness measuring method
US7280273B2 (en) Method and system for simultaneously imaging in the near infrared and short wave infrared spectrums
JP2008518251A (en) Flat lens for integrated optics
US20070183024A1 (en) Dual band lens system incorporating molded chalcogenide
US20220206186A1 (en) Hybrid metasurface-refractive super superachromatic lenses
US8125638B2 (en) Spectroscope
US20150361286A1 (en) Achromatic optical-dispersion corrected gradient refractive index optical-element
US4494819A (en) Telescope objective system for the infrared range
US10007098B2 (en) Optical systems and methods
US20080225409A1 (en) Wide Band Achromatic Visible to Near-Infrared Lens Design
CN105091869A (en) Geodesic instrument with diffracting optical elements
US9903984B1 (en) Achromatic optical-dispersion corrected refractive-gradient index optical-element for imaging applications
WO2018110448A1 (en) Projection optical system, image projection apparatus, and image projection system
JP3700464B2 (en) Spectrometer
GB2068585A (en) Single Element Optical System
US10203512B2 (en) Collimating lens
JP2011180494A (en) Optical component for laser
JP2009036976A (en) Principal focus correction optical system and reflecting telescope using the same
RU2413261C1 (en) Large-aperture lens
CA3055136C (en) Orthoscopic projection lens
US9274348B2 (en) Dispersive device having beam expanding optical system and dispersive element and wavelength selective switch having dispersive device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080822

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110311

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110506

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110715

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110913

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120629

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120712

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150810

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5055612

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150810

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees