(57)【要約】【課題】  膜と空隙とを必要としなくて二つの方向から入射する波長の異なる光束を重ね合わせる光学素子を提供することを目的とする。【解決手段】  入射光（Ｌ１、Ｌ２）を合成又は分割する光学素子（１０）である。その光学素子（１０）は、第１空間（Ｈ）を含み、第１空間（Ｈ）により第１プリズム（Ｐ１）と第２プリズム（Ｐ２）とに区切られた入射光（Ｌ１、Ｌ２）に対して第１屈折率の材料で形成された多面プリズム（Ｐ）と、第１空間（Ｈ）に充填され、入射光（Ｌ１、Ｌ２）に対して第１屈折率とは異なる第２屈折率の材料の流体物（１１）と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を合成又は分割する光学素子において、
第１空間を含み、前記第１空間により第１プリズムと第２プリズムとに区切られた前記入射光に対して第１屈折率の材料で形成された多面プリズムと、
前記第１空間に充填され、前記入射光に対して前記第１屈折率とは異なる第２屈折率の材料の流体物と、
を備えることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１屈折率は前記第２屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記多面プリズムと前記流体物との温度を変更する温度調節部を備え、
単位温度あたりの前記第１屈折率の変化率は前記第２屈折率の変化率よりも小さく、前記第１プリズム及び第２プリズムと前記流体物との温度変化によって、前記入射光を合成又は分割する波長が変わることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
反射防止コートが前記多面プリズムの外周面に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記入射光が前記第１プリズムを通って第１空間に入射する角度又は前記第２プリズムを通って第１空間に入射する角度をαとする場合、以下の関係が成り立つことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。
θｐ１＞  α  ＞θｐ２
θｐ１＝ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎｐ１）    θｐ２＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎｐ２）
なお、第１波長の入射光に対する前記第１屈折率をｎｐ１、前記第２屈折率をｎ１
第２波長の入射光に対する前記第１屈折率をｎｐ２、前記第２屈折率をｎ２、とする。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された光学素子と、
前記光学素子に第１波長の入射光と第２波長の入射光とを照射する光源と、
を備えた光学機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光通信、レーザー加工機、顕微鏡、光ディスクなどに用いられる光学素子及び光学機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光束を合成または分割する光学素子としては、ダイクロイックプリズム及びダイクロイックミラーなどが広く用いられる。特許文献１に開示されたダイクロイックプリズムは、表面に特定の波長域を反射するダイクロイック膜を形成することで、赤、緑、青の三原色の光束を合成することができる。
【０００３】
また、特許文献２に開示された光学素子は、薄膜を形成することなく異なる方向から入射された二つの波長の異なる光束を重ね合わせる。該光学素子は、二つのプリズムを使用し、二つのプリズムの間に適切な大きさの空隙（数ミクロン〜数ミリ）をもって配置して作成する。この異なる方向から波長の異なる光束を入れるとき、一つの光束は空隙を透過し、もう一つの光束は空隙で全反射する。これにより、二つの光束を合成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−０１５４０５号公報
【特許文献２】特開２００１−３１８３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたダイクロイックプリズムにおいてはダイクロイック膜の設計が難しいという問題点がある。また、特許文献２に記載された光学素子は、プリズムの屈折率により臨界角が決まり、一度光学素子を作ると合成できる波長が限定されるという問題点がある。さらに、２つのプリズム間に適切な大きさの空隙を必要とし、空隙にゴミが入るという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、膜の設計の難しい問題点及び波長が限定されている問題点などを解決するための光学素子を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の第１の形態の光学素子は、入射光を合成又は分割する光学素子である。その光学素子は、第１空間を含み、第１空間により第１プリズムと第２プリズムとに区切られた入射光に対して第１屈折率の材料で形成された多面プリズムと、第１空間に充填され、入射光に対して第１屈折率とは異なる第２屈折率の材料の流体物と、を備える。
このような構成によれば、ダイクロイック膜を形成することなく、または空隙を必要としないで、二つの方向から入射する波長の異なる光束を合成又は分割することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光学素子は、膜を形成することなく二つの方向から入射する波長の異なる光束を重ね合わせることができる。また、逆に波長の異なる光を含む光束が光学素子に入射すれば、光学素子は二つの光束に分割することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光学素子１０の斜視図である。
【図２】図１で示された光学素子１０の断面図である。
【図３】別の光学素子１０Ａ、１０Ｂを示した断面図である。
【図４】別の光学素子１０Ｃを示した分解斜視図である。
【図５】別の光学素子１０Ｄを示した分解斜視図である。
【図６】図１に示された光学素子１０の断面図で、光学素子の原理を説明するための図である。
【図７】（ａ）は、光束が温度ｔ１で平行な光Ｌａ（一点鎖線）及び光Ｌｂ（点線）と光Ｌｃ（破線）とに分割された図である。  （ｂ）は、温度がｔ１からｔ２に変化した場合に光束が光Ｌａと光Ｌｂ及び光Ｌｃとに分割された図である。
【図８】光学素子１０を用いた光学機器２０の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の光学素子を図面に基づいて詳しく説明する。なお、本発明の範囲は以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１１】
（光学素子１０の概略）
本実施形態の光学素子１０の構成について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は光学素子１０の斜視図である。図１に示されたように、光学素子１０は空間部Ｈを含む多面プリズムＰから構成されている。多面プリズムＰは、空間部Ｈにより第１三角プリズムＰ１と第２三角プリズムＰ２とに分けられる。第１三角プリズムＰ１は光透過性の材料からなり、面Ｓ１、面Ｓ２及び面Ｓ６を有する。第２三角プリズムＰ２も光透過性の材料からなり、面Ｓ３、面Ｓ４及び面Ｓ５を有する。空間部Ｈは第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２と第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４の間に形成されている。また、空間部Ｈの内部には多面プリズムＰと異なる屈折率を有する光透過性の第１流体物Ｆ１が充填されている。
【００１３】
また、空間部Ｈから内部の第１流体物Ｆ１が溢れないように第１流体物Ｆ１の入口を光透過性の材料又は光不透過性の材料で封止する。また、空間部Ｈに充填された第１流体物Ｆ１の膨張率がプリズムの膨張率と異なっていることが多いため、図１に示されたように弾力特性に優れるゴムなどの材料からなる蓋１１を用いることが好ましい。
【００１４】
図１において、第１三角プリズムＰ１の面Ｓ１に所定の波長の第１光束Ｌ１（破線で示す）が入射し、この第１光束Ｌ１が第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２を透過し空間部Ｈを介して第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４に入射している。この第２三角プリズムＰ２に入射した第１光束Ｌ１は第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５を透過する。一方、第２三角プリズムＰ２の面Ｓ３に第１光束Ｌ１とは波長が異なる第２光束Ｌ２（一点鎖線で示す）が入射し、第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４で反射している。この反射した第２光束Ｌ２は第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５を透過し、第１光束Ｌ１と合成される。
【００１５】
図２は、図１で示された光学素子１０の断面図である。図２において、第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２と第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４とが平行である。また、第１三角プリズムＰ１の面Ｓ１と第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５とは必ず平行であることではないが、図２に示された光学素子１０のように平行にする方が好ましい。
【００１６】
図２に示されたように、第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２と第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４とが平行であると、面Ｓ２及び面Ｓ４に対して同じ入射角αで入射する第１光束Ｌ１と第２光束Ｌ２とを合成することができる。また、面Ｓ２及び面Ｓ４が平行であると、第１三角プリズムＰ１の面Ｓ１から入射する第１光束Ｌ１と第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５から射出する合成光Ｌｓとは平行光束になる。このため、第１三角プリズムＰ１の面Ｓ１と第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５とが平行であると、例えば第１光束Ｌ１が面Ｓ１に垂直に入射する場合、合成光Ｌｓも面Ｓ５に垂直に射出することができる。さらに、第２光束Ｌ２が面Ｓ４における入射角と反射角とは同じなので、第２三角プリズムＰ２が面Ｓ４を底面とする二等辺三角形になると、例えば第２光束Ｌ２が面Ｓ３に垂直に入射する場合、合成光Ｌｓも面Ｓ５に垂直に射出することができる。このため、光束が面に対して垂直に入射又は射出すると、不要な反射又は屈折を起こすことなく入射面又は射出面を透過することができる。
【００１７】
第１実施例において、光学素子１０の多面プリズムＰは第１三角プリズムＰ１及び第２三角プリズムＰ２に分けられる。しかし、上述のように第１光束Ｌ１が入射または透過する第１三角プリズムＰ１の面Ｓ１及び面Ｓ２と、第２光束Ｌ２が入射、反射または射出する第２三角プリズムＰ２の面３、面４及び面５との位置が決まっていれば、三角形でなく例えば図３に示されたような様々の形状でもよい。
【００１８】
図３は、他の光学素子１０Ａ、１０Ｂを示した図である。なお、図３（ａ）に示されたように光学素子１０Ａは台形の第１プリズムＰａ１及び三角形の第２プリズムＰａ２より構成されてもよい。また、図３（ｂ）に示されたように光学素子１０Ｂは平行四辺形の第１プリズムＰｂ１及び台形の第２プリズムＰｂ２より構成されてもよい。
【００１９】
また、図４は別の光学素子１０Ａを示した分解斜視図である。図４に示されたように、光学素子１０Ｃは第１三角プリズムＰ１１と、パッケージ１２と、第２三角プリズムＰ２２とより構成される。なお、第１三角プリズムＰ１１及び第２三角プリズムＰ２２は、図２に示された光学素子１０の多面プリズムＰと同じ材料で形成され、第１三角プリズムＰ１及び第２三角プリズムＰ２と同じ形状である。パッケージ１２も図２に示された光学素子１０の多面プリズムＰと同じ材料で形成され、空間部Ｈを有している。また、その空間部Ｈには第１三角プリズムＰ１１及び第２三角プリズムＰ２２と異なる屈折率を有する光透過性の第１流体物Ｆ１が充填されている。
【００２０】
また、第１三角プリズムＰ１１と、パッケージ１２と、第２三角プリズムＰ２２とを接着するとき、厳密にはナノメートル単位で隙間が生じるおそれがある。したがって、光束が隙間で不要な屈折または反射を起こしたり、ほこりがその隙間に入ったりすることがある。このため、第１三角プリズムＰ１１と、パッケージ１２と、第２三角プリズムＰ２２との間の隙間をなくすため、その隙間に光透過性の液体接着剤を注入して接着した後、接着剤を硬化させる。液体接着剤としては、硬化された後の屈折率が第１三角プリズムＰ１１と、パッケージ１２と、第２三角プリズムＰ２２との屈折率と同一になる材料を用いれば良い。
【００２１】
また、図４に示された第１三角プリズムＰ１１及び第２三角プリズムＰ２２の代わりに、図５に示されたような空間部Ｈ１を有する第１三角プリズムＰ１１１及び空間部Ｈ２を有する第２三角プリズムＰ２２２を用いても良い。
図５に示された空間部を有する三角プリズムは、図４に示された第１三角プリズムＰ１１及び第２三角プリズムＰ２２と同じ材料で構成されもよく、別の材料で構成されてもよい、例えば蛍石を使用することができる。また、その空間部Ｈ１及び空間部Ｈ２には、第１三角プリズムＰ１１及び第２三角プリズムＰ２２と異なる屈折率の第２流体物Ｆ２が入れられる。この第２流体物Ｆ２は第１流体物Ｆ１とも異なる屈折率の材料であってもよく、又は同じ屈折率の材料であってもよい。
【００２２】
次に、本実施形態の光束を合成または分割する光学素子の原理について、図１に示された光学素子１０を一例として説明する。
【００２３】
図６は、図１に示された光学素子１０の断面図で、光学素子の原理を説明するための図である。図６に示されたように、光学素子１０の温度を変化させる温度調整部Ｔが光学素子１０の周囲に配置されている。例えば、温度調整部Ｔは空調機又はヒータである。温度調整部Ｔは、光束Ｌ１、Ｌ２又は合成光Ｌｓが通過しない光学素子１０の周囲に直接取り付けてもよいし、放射熱で光学素子１０を温度調節するため、光学素子１０から一定距離を離れた位置に取り付けられても良い。
【００２４】
第１光束Ｌ１及び第２光束Ｌ２は、二つの方向から光学素子１０に入射する互いに異なる波長の光束である。第１光束Ｌ１は、第１三角プリズムＰ１の面Ｓ１から面Ｓ２の法線に対して入射角αで入射する。第２光束Ｌ２は、第２三角プリズムＰ２の面Ｓ３から面Ｓ４の法線に対して入射角αで入射する。ここで、第１光束Ｌ１に対する第１流体物Ｆ１の屈折率及び多面プリズムＰの屈折率はｎ１、ｎｐ１とし、第２光束Ｌ２に対する第１流体物Ｆ１の屈折率及び多面プリズムＰの屈折率はｎ２、ｎｐ２とする。また第２光束Ｌ２は面Ｓ４で反射する必要があるため、ｎｐ２＞ｎ２が条件となる。また、第１光束Ｌ１が屈折率ｎｐ１の第１三角プリズムＰ１から屈折率ｎ１の第１流体物Ｆ１に入射するときの臨界角はθｐ１とし、第２光束Ｌ２が屈折率ｎｐ２の第２三角プリズムＰ２から屈折率ｎ２の第１流体物Ｆ１に入射するときの臨界角はθｐ２とする。
【００２５】
ここで、ｎｐ１＞ｎ１の場合には、θｐ１＝ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎｐ１）、θｐ２＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎｐ２）であり、θｐ１＞  α  ＞θｐ２である。ｎｐ１≦ｎ１の場合には、θｐ２＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎｐ２）であり、α  ＞θｐ２である。したがって、第１光束Ｌ１が第１三角プリズムＰ１の面Ｓ１から面Ｓ２の法線に対して入射角αで入射し、第２光束Ｌ２が第２三角プリズムＰ２の面Ｓ３から面Ｓ４の法線に対して入射角αで入射する場合には、第１光束Ｌ１は面Ｓ２を透過し、第２光束Ｌ２は面Ｓ４で全反射する。その後、第１光束Ｌ１と第２光束Ｌ２とは合成光Ｌｓとして合成されて面Ｓ５から射出される。
【００２６】
なお、二つの波長の異なる光を含む合成光Ｌｓを逆方向から（図６では、面Ｓ５から）入射させれば、二つの方向に進む波長の異なる第１光束Ｌ１と第２光束Ｌ２とに分割することができる。
【００２７】
上述の場合は、光学素子１０が一定の温度で波長の異なる第１光束Ｌ１と第２光束Ｌ２とを合成する場合である。ところで、第１空間の中の第１流体物Ｆ１の屈折率は温度の変化によって顕著に変化するので、臨界角θｐ１、θｐ２も変化してしまう。一方、第１三角プリズムＰ１及び第２三角プリズムＰ２は固体であるため、屈折率は温度の変化によってあまり変化しない。したがって、合成または分割できる光束の波長も変更する。すなわち、第１光束Ｌ１の波長と第２光束Ｌ２の波長とが変化した場合であっても、温度調整部Ｔで光学素子１０の温度を変化させることで、第１光束Ｌ１と第２光束Ｌ２とを合成することができる。
【００２８】
以下、光学素子１０の温度を変化させて、三つの波長の異なる光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを含む光束を面Ｓ５から入射する場合について、図７を参照しながら説明する。
図７は、三つの波長の異なる光Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを含む光束を分割する光学素子１０の断面図である。図７（ａ）は、光束が温度ｔ１で平行な光Ｌａ（一点鎖線）及び光Ｌｂ（点線）と光Ｌｃ（破線）とに分割された図である。図７（ｂ）は温度がｔ１からｔ２に変化した場合に、光束が光Ｌａと光Ｌｂ及び光Ｌｃとに分割された図である。
【００２９】
図７（ａ）に示されたように、光学素子１０が温度ｔ１の場合に、三つの波長の異なる光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを含む光束が第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５から面Ｓ４の法線に対して入射角αで入射すると、入射角αは光束Ｌａ、光束Ｌｂに対する臨界角θａ−ｔ１、θｂ−ｔ１より小さく、光束Ｌｃに対する臨界角θｃ−ｔ１より大きい。したがって、光束Ｌａ及び光束Ｌｂは面Ｓ４を透過し、光束Ｌｃは面Ｓ４において全反射する。
【００３０】
また、図７（ｂ）に示されたように光学素子１０が温度ｔ１から温度ｔ２に変化した場合には、特に第１流体物Ｆ１の屈折率が大きく変化する。具体的には温度下降により第１流体物Ｆ１の屈折率は上がり、臨界角が小さくなる。このとき、入射角αは光Ｌａに対する臨界角θａ−ｔ２より小さく、光Ｌｂ及び光Ｌｃに対する臨界角θｂ−ｔ２、θｃ−ｔ２より大きくなる。したがって、光Ｌａは面Ｓ４を透過し、光Ｌｂ及び光Ｌｃは面Ｓ４において全反射する。
【００３１】
すなわち、光学素子１０の温度を変化させただけで、必要に応じて波長の異なる光束を合成又は分割することができる。ここで、温度調節部Ｔとしては温度の上昇または下降が行われる温度調節器を用いれば良い。
【００３２】
（第１実施例）
以下、第１三角プリズムＰ１及び第２三角プリズムＰ２には光学ガラスを使用し、第１流体物Ｆ１にはジブロモメタンを用いた光学素子１０を第１実施例として、図６を参照しながら説明する。光学ガラスは、プリズム、レンズなどのように、光の反射、屈折によって画像を伝送する光学素子の材料となる高い均質度を有するガラスである。また、屈折率とアッベ数の二つの光学定数の組合せにより様々な光学ガラスがある。第１実施例において、光学ガラスは光学ガラスＥ−ＬＡＫＨ１が用いられる。
【００３３】
なお、光学素子１０の温度は１５℃であり、第１光束Ｌ１の波長は４８６ｎｍで、該波長に対応する第１三角プリズムＰ１の屈折率ｎｐ１は１．７５８、第１流体物Ｆ１の屈折率ｎ１は１．５５５である。第１光束Ｌ１は面Ｓ２の法線に対してα＝６２．００度の入角度で入射する。また、第２光束Ｌ２の波長は６６８ｎｍであり、該波長に対する第２三角プリズムＰ２の屈折率ｎｐ２は１．７４４、第１流体物Ｆ１の屈折率ｎ２は１．５３９である。第２光束Ｌ２は面Ｓ４の法線に対してα＝６２．００度の入角度で入射する。
【００３４】
このとき、波長４８６ｎｍに対する第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２の臨界角θｐ１は約６２．１９度であり、波長６６８ｎｍに対する第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４の臨界角θｐ２は約６１．９４度である。したがって、θｐ１＞  α  ＞θｐ２であるので、第１光束Ｌ１は面Ｓ２を透過し、第２光束Ｌ２は面Ｓ４において全反射される。
【００３５】
さらに，第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２を透過した第１光束Ｌ１は第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４を透過する。このとき、面Ｓ２と面Ｓ４とは平行なので、第１光束Ｌ１は，第２プリズムＰ１の面Ｓ４の法線に対して−６２．００度の角度で第２三角プリズムＰ２に進入する。この角度は，第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４における第２光束Ｌ２の反射角と一致しているため、第１光束Ｌ１と第２光束Ｌ２とが合成され、合成光Ｌｓは第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５から射出される。
【００３６】
次に、温度調節部Ｔにより光学素子１０の温度を２５℃にする。
ここで、第１光束Ｌ１の波長を４４７ｎｍとすると、該波長に対応する第１三角プリズムＰ１の屈折率ｎｐ１は１．７６２、第１流体物Ｆ１の屈折率ｎ１は１．５５７となる。また，第２光束Ｌ２の波長を４８６ｎｍとすると，該波長に対応する第２三角プリズムＰ２の屈折率ｎｐ２は１．７５８、第１流体物Ｆ１の屈折率ｎ１は１．５４８となる。
【００３７】
このとき、波長４４７ｎｍに対する第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２の臨界角θｐ１は約６２．０９度であり、波長４８６ｎｍに対する第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４の臨界角θｐ２は約６１．７１度である。したがって、θｐ１＞  α  ＞θｐ２であるので、第１光束Ｌ１は面Ｓ２を透過し、第２光束Ｌ２は面Ｓ４において全反射される。
【００３８】
さらに、この場合にも第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２を透過した第１光束Ｌ１は第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４を透過する。このとき、面Ｓ２と面Ｓ４とは平行なので、第１光束Ｌ１は，第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４の法線に対して−６２．００度の角度で第２三角プリズムＰ２に進入する。この角度は，第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４における第２光束Ｌ２の反射角と一致しているため、第１光束Ｌ１と第２光束Ｌ２とが合成され、合成光Ｌｓは第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５から射出される。
【００３９】
上述のように、温度調節部Ｔで光学素子１０の温度を変化させる場合、光学ガラスＥ−ＬＡＫＨ１からなる第１三角プリズムＰ１及び第２三角プリズムＰ２の屈折率はあまり変化しなかった。具体的には、５４３ｎｍの波長に対して１５℃でも２５℃でも１．７５８である。一方、５４３ｎｍの波長に対してジブロモメタンの屈折率は１．５５５（１５℃）から１．５４８（２５℃）になった。１℃の温度変化に当たるジブロモメタンの屈折率の変化は光学ガラスＥ−ＬＡＫＨ１の１０倍以上である。また、第１流体物Ｆ１の温度が高くなると、第１流体物Ｆ１のｄｎ／ｄｔは負なので第１流体物Ｆ１の屈折率は下がる。また、光の波長が短くなると第１流体物Ｆ１のｄｎ／ｄλは負なので第１流体物Ｆ１の屈折率は上がる。このため、温度及び波長を変化することで、様々の波長の光束を合成することができる。
【００４０】
詳述しないが、光束Ｌを逆方向から入射すれば、二つの第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２とに分割することができる。
【００４１】
（第２実施例）
以下、第１三角プリズムＰ１及び第２三角プリズムＰ２には光学ガラスＥ−ＬＡＳＦ０１５を使用し、第１流体物Ｆ１にはヨードベンゼンを用いた光学素子１０を第２実施例として、図６を参照しながら説明する。
【００４２】
ここで、光学素子１０の温度は１５℃であり、第１光束Ｌ１の波長は５８９ｎｍで、該波長に対応する第１三角プリズムＰ１の屈折率ｎｐ１は１．８０４、第１流体物Ｆ１の屈折率ｎ１は１．６２３である。第１光束Ｌ１は面Ｓ２の法線に対してα＝６４．０５度の角度で入射する。また、第２光束Ｌ２の波長は６６８ｎｍであり、該波長に対する第２三角プリズムＰ２の屈折率ｎｐ２は１．７９７、第１流体物Ｆ１の屈折率ｎ２は１．６１５である。第２光束Ｌ２は面Ｓ４の法線に対してα＝６４．０５度の角度で入射する。
【００４３】
このとき、波長５８９ｎｍに対する第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２の臨界角θｐ１は約６４．１１度であり、波長６６８ｎｍに対する第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４の臨界角θｐ２は約６３．９９度である。したがって、θｐ１＞  α  ＞θｐ２であるので、第１光束Ｌ１は面Ｓ２を透過し、第２光束Ｌ２は面Ｓ４において全反射される。
【００４４】
さらに、第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２を透過した第１光束Ｌ１は第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４を透過する。このとき、面Ｓ２と面Ｓ４とは平行なので、第１光束Ｌ１は，第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４の法線に対して−６４．０５度の角度で第２三角プリズムＰ２に進入する。この角度は，第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４における第２光束Ｌ２の反射角と一致しているため、第１光束Ｌ１と第２光束Ｌ２とが合成され、合成光Ｌｓは第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５から射出される。
【００４５】
次に、温度調節部Ｔにより光学素子１０の温度を２０℃にする。
第１光束Ｌ１の波長を４８６ｎｍとすると、該波長に対応する第１三角プリズムＰ１の屈折率ｎｐ１は１．８１６、第１流体物Ｆ１の屈折率ｎ１は１．６３９となる。また，第２光束Ｌ２の波長を５８９ｎｍとすると，該波長に対応する第２三角プリズムＰ２の屈折率ｎｐ２は１．８０４、第１流体物Ｆ１の屈折率ｎ１は１．６２０となる。
【００４６】
このとき、波長４８６ｎｍに対する第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２の臨界角θｐ１は約６４．４９度であり、波長５８９ｎｍに対する第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４の臨界角θｐ２は約６３．９０度である。したがって、θｐ１＞  α  ＞θｐ２であるので、第１光束Ｌ１は面Ｓ２を透過し、第２光束Ｌ２は面Ｓ４において全反射される。
【００４７】
さらに、この場合にも第１三角プリズムＰ１の面Ｓ２を透過した第１光束Ｌ１は第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４を透過する。このとき、面Ｓ２と面Ｓ４とは平行なので、第１光束Ｌ１は，第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４の法線に対して−６４．０５度の角度で第２三角プリズムＰ２に進入する。この角度は，第２三角プリズムＰ２の面Ｓ４における第２光束Ｌ２の反射角と一致しているため、第１光束Ｌ１と第２光束Ｌ２とが合成され、合成光Ｌｓは第２三角プリズムＰ２の面Ｓ５から射出される。
【００４８】
上述のように、温度調節部Ｔで光学素子１０の温度を変化させる場合、光学ガラスＥ−ＬＡＳＦ０１５からなる第１三角プリズムＰ１及び第２三角プリズムＰ２の屈折率はあまり変化しなかった。具体的には、５８９ｎｍの波長に対して１５℃でも２０℃でも１．８０４である。一方、５８９ｎｍの波長に対してヨードベンゼンの屈折率は１．６２３（１５℃）から１．６２０（２０℃）になった。１℃の温度変化に当たるヨードベンゼンの屈折率の変化は光学ガラスＥ−ＬＡＳＦ０１５の１０倍以上である。また、第１流体物Ｆ１の温度が高くなると、第１流体物Ｆ１のｄｎ／ｄｔは負なので第１流体物Ｆ１の屈折率は下がる。また、光の波長が短くなると第１流体物Ｆ１のｄｎ／ｄλは負なので第１流体物Ｆ１の屈折率は上がる。このため、温度及び波長を変化することで、様々の波長の光束を合成することができる。
【００４９】
詳述しないが、第２実施例でも光束Ｌを逆方向から入射すれば、二つの第１の光束Ｌ１と第２の光束Ｌ２とに分割することができる。
【００５０】
（応用例）
波長の異なる光束を多重化して通信を行う光通信システムに好適な光学機器２０を応用例として、図８を参照しながら説明する。この応用例では三つの波長の異なる光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを多重化する。
【００５１】
図８は、光学素子１０を用いた光学機器２０の断面図である。光学機器２０は入光口２１と、第１出光口２２ａ、第２出光口２２ｂ及び第３出光口２２ｃと、第１導光路２３ａ、第２導光路２３ｂ及び第３導光路２３ｃと、二つの光学素子１０とを備える。第１導光路２３ａ、第２導光路２３ｂ及び第３導光路２３ｃは例えば光ファイバーであり、それらの外周は余分な光が導光路内に入り込まないように不透過性の材料で覆われている。
【００５２】
入光口２１と第１出光口２２ａとは直線状の第１導光路２３ａを介して連結されている。入光口２１と第２出光口２２ｂとは第１導光路２３ａ及びそれに接続されたＬ字型の第２導光路２３ｂを介して連結されている。入光口２１と第３出光口２２ｃとは第１導光路２３ａ及びそれに接続されたＬ字型の第３導光路２３ｃを介して連結されている。また、一方の光学素子１０は第１導光路２３ａと第３導光路２３ｃとの接続箇所に設けられ、他方の光学素子１０は第１導光路２３ａと第２導光路２３ｂとの接続箇所に設けられている。一方の光学素子１０と他方の光学素子１０とは、同じ材料の第１三角プリズムＰ１及び第２三角プリズムＰ２で構成されまた同じ材料の第１流体物Ｆ１で構成されている。但し、光学素子１０は、温度ｔ１では入射する光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを、光束Ｌａ及びＬｂと光束Ｌｃとに分割することができる。温度ｔ２では入射する光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを、光束Ｌａと光束Ｌｂ及びＬｃとに分割することができる。
【００５３】
ここで、三つの波長の異なる光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃを多重化して光学機器２０の入光口２１から第１導光路２３ａに沿って入射させる。まず、温度ｔ１の状態の一方の光学素子１０により光束Ｌｃが分割されて第３導光路２３ｃに向かって方向を変更し、第３導光路２３ｃに沿って第３出光口２２ｃから射出される。このとき、光束Ｌａ及び光束Ｌｂは第１光学素子１０を透過する。次に、温度ｔ２の状態の他方の光学素子１０により第１光学素子１０を透過した光束の中の光束Ｌｂが分割されて第２導光路２３ｂに向かって方向を変更し、第２導光路２３ｂに沿って第２出光口２２ｂから射出される。また、第２光学素子１０を透過した光束Ｌａは第１導光路２３ａに沿って第１出光口２２ａから射出される。これにより、多重化された光束Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃは一つ一つに分割される。その後、必要に応じて所要な光束を選択し、所要の信号状態を発生することで光通信が行われる。
【００５４】
また、上述のように構成された光学機器２０は一体的にユニット化されて形成される。さらに、導光路の数、光学素子１０の数は多重化された光束の数に応じて任意に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
以上、本発明の最適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。
【００５６】
本発明では、第１三角プリズム及び第２三角プリズムに光学ガラスＥ−ＬＡＫＨ１又は光学ガラスＥ−ＬＡＳＦ０１５を使用し、流体物にジブロモメタンまたはヨードベンゼンを使用したが、全反射条件を満足する別の材料を用いても良い。また、第１三角プリズムの面Ｓ２及び第２三角プリズムの面Ｓ４を除いて、反射防止コートが第１三角プリズム及び第２三角プリズムの外周面に形成されても良い。
【符号の説明】
【００５７】
１０  …  光学素子
１１  …  蓋体
１２  …  パッケージ
２０  …  光学機器
２１  …  入光口
２２ａ  …  第１出光口、  ２２ｂ  …  第２出光口、  ２２ｃ  …  第３出光口
２３ａ  …  第１導光路、  ２３ｂ  …  第２導光路、  ２３ｃ  …  第３導光路
Ｐ  …  多面プリズム
Ｐ１、Ｐ１１、Ｐ１１１  …  第１三角プリズム
Ｐ２、Ｐ２２、Ｐ２２２  …  第２三角プリズム
Ｆ  …  第１流体物Ｆ１１  …  第２流体物
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２  …  空間部
Ｌ１  …  第１光束、  Ｌ２  …  第２光束
Ｌｓ  …  合成光
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ  …  三つの波長の異なる光束
Ｓ１  …  第１三角プリズムの光束の入射（射出）面
Ｓ２  …  第１三角プリズムの光束の屈折面
Ｓ３  …  第２三角プリズムの光束の入射（射出）面
Ｓ４  …  第２三角プリズムの光束の反射面
Ｓ５  …  第２三角プリズムの光束の射出（入射）面
α  …  入射角
θｐ１、θｐ２、θａ−ｔ１、θｂ−ｔ１、θｃ−ｔ１、θａ−ｔ２、θｂ−ｔ２、θｃ−ｔ２  …  臨界角
ｎｐ１  …  第１光束に対するプリズムの屈折率
ｎｐ２  …  第２光束に対するプリズムの屈折率
ｎ１  …  第１光束に対する流体物の屈折率
ｎ２  …  第２光束に対する流体物の屈折率
Ｔ  …  温度調節部
【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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