(57)【要約】広帯域の入射光ビームを分割するためのプリズムシステムが開示される。一実施の形態においては、広帯域のビームがプリズムシステムに進入し、平行四辺形のプリズムによって側方にずらされる。次いで、ビームは、第１のダイクロイックコーティングで処理された表面に出会う。この表面から反射された光が、プリズムの内壁に衝突し、プリズム内で全反射させられる。このビームが、元の広帯域の入射ビームと平行にプリズムから出る。ダイクロイック表面を通過するビームは、第２のダイクロイックコーティングで処理された表面に達し、ここで光の所定の波長帯が反射させられる一方で、残りの波長は通過する。第２のダイクロイック表面によって反射させられたビームは、全反射を経て、広帯域の入射ビームに平行に出射する。第２のダイクロイック表面を通過する光ビームは、元の広帯域の入射ビームと平行にプリズムを出る。
2011526377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のダイクロイックミラーと、
広帯域の入射光ビームを前記１つ以上のダイクロイックミラーを通って案内し、前記広帯域のビームを２つ以上の部分波長帯ビームへと分割するように構成された複数の光学プリズムと、
を備えている光学ビーム分割装置。
【請求項２】
前記ダイクロイックミラーが、入射ビームとの小さな入射角を有している請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項３】
前記光学プリズムおよびダイクロイックミラーが、前記部分波長帯ビームを、前記入射ビームの向きに平行な向きを有する出射ビームとして形成するようにさらに構成されている請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項４】
前記光学プリズムおよびダイクロイックミラーが、前記部分波長帯ビームを、前記入射ビームの向きに直角な向きを有する出射ビームとして形成するようにさらに構成されている請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項５】
前記光学プリズムを、当該光学ビーム分割装置をコンパクトな三次元配置へと畳むために回転させることができる請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項６】
前記光学プリズムが、コンパクトな円筒形のスリーブへと挿入されるように構成されている請求項５に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項７】
前記ダイクロイックミラーが、約３０度未満の入射ビームとの入射角を有している請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項８】
前記光学プリズムを、前記部分波長帯ビームを対称な配置へと向けるために回転させることができる請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項９】
第１のダイクロイック表面において反射させられた部分波長帯ビームが、光学プリズムの内部で全反射させられる請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１０】
一部分が第１のプリズムの第１の反射面によって形成されている第１の平行な空隙、をさらに備えている請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１１】
前記第１の平行な空隙が、低い屈折率を有する流体または光学セメントで満たされている請求項１０に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１２】
前記第１の平行な空隙が、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＳｙｌｇａｒｄ  １８４で満たされている請求項１０に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１３】
一部分が第２のプリズムの第１の反射面によって形成されている第２の平行な空隙、をさらに備えている請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１４】
前記第２の平行な空隙が、低い屈折率を有する流体または光学セメントで満たされている請求項１３に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１５】
前記第２の平行な空隙が、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＳｙｌｇａｒｄ  １８４で満たされている請求項１４に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１６】
前記広帯域の入射ビームを側方にずらすための平行四辺形のプリズム、をさらに備えている請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１７】
前記広帯域の入射ビームの第１の出射部分波長帯ビーム、第２の出射部分波長帯ビーム、および第３の出射部分波長帯ビームが、前記広帯域の入射ビームを中心とする正三角形のパターンでプリズムシステムから出る請求項１６に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１８】
第１のプリズムと前記平行四辺形のプリズムとの間に位置し、前記広帯域の入射ビームに対して垂直である第１の枢動面、をさらに備えている請求項１６に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項１９】
前記平行四辺形のプリズムを、前記第１の枢動面上で前記第１のプリズムに対して回転させることができる請求項１８に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２０】
第２のプリズムと第３のプリズムとの間に位置し、前記広帯域の入射ビームに対して垂直である第２の枢動面、をさらに備えている請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２１】
前記第２のプリズムを、前記第２の枢動面上で前記第３のプリズムに対して回転させることができる請求項２０に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２２】
前記広帯域の入射ビームの第１の出射部分波長帯ビーム、第２の出射部分波長帯ビーム、および第３の出射部分波長帯ビームの各々が、前記入射ビームに含まれる波長帯の一部分を含んでいる請求項１に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２３】
前記広帯域の入射ビームが、白色の可視光であり、前記広帯域の入射ビームの前記第１の出射部分波長帯ビーム、前記第２の出射部分波長帯ビーム、および前記第３の出射部分波長帯ビームの各々が、赤色、緑色、および青色で構成されるグループから選択される請求項２２に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２４】
前記広帯域の入射ビームの波長帯が、４５０〜１８００ｎｍであり、前記広帯域の入射ビームの前記第１の出射部分波長帯ビーム、前記第２の出射部分波長帯ビーム、および前記第３の出射部分波長帯ビームの波長帯が、４５０〜６５０ｎｍ、６５０〜９００ｎｍ、および９００〜１８００ｎｍで構成されるグループから選択される請求項２２に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２５】
潜望鏡システムにおいて使用されるべく動作することができる請求項２２に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２６】
カメラにおいて使用されるべく動作することができる請求項２２に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２７】
投射装置において使用されるべく動作することができる請求項２２に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２８】
３つの光ビームをただ１つの光ビームへと結合させるべく動作することができる請求項２２に記載の光学ビーム分割装置。
【請求項２９】
光ビームを分割するための方法であって、
広帯域の入射光ビームを１つ以上のダイクロイックミラーおよび光学プリズムシステムを通って案内するステップと、
前記ダイクロイックミラーおよび前記光学プリズムシステムを利用して前記ただ１つの広帯域の入射光ビームから部分波長帯ビームを分離するステップと、
を含んでいる方法。
【請求項３０】
前記部分ビームを前記入射ビームに平行な向きを有するように案内するステップ、をさらに含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記部分ビームを前記入射ビームに直角な向きを有するように案内するステップ、をさらに含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記光学プリズムシステムを、コンパクトな三次元配置へと畳むステップ、をさらに含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
前記光学プリズムの配置をコンパクトな円筒形のスリーブへと挿入するステップ、をさらに含んでいる請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記光学プリズムシステムを、前記部分波長帯ビームを対称な配置へと向けるべく回転させるステップ、をさらに含んでいる請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
部分波長帯ビームを第１のダイクロイック表面から反射させ、該部分波長帯ビームを前記光学プリズムの内部で全反射させるステップ、をさらに含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項３６】
第１の平行な空隙を、部分的に第１のプリズムの第１の反射面によって形成するステップ、をさらに含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の平行な空隙を、低い屈折率を有する流体または光学セメントで満たすステップ、をさらに含んでいる請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１の平行な空隙を、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＳｙｌｇａｒｄ  １８４で満たすステップ、をさらに含んでいる請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
第２の平行な空隙を、部分的に第２のプリズムの第２の反射面によって形成するステップ、をさらに含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項４０】
前記第２の平行な空隙を、低い屈折率を有する流体または光学セメントで満たすステップ、をさらに含んでいる請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記第２の平行な空隙を、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＳｙｌｇａｒｄ  １８４で満たすステップ、をさらに含んでいる請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記広帯域の入射ビームを、平行四辺形のプリズムを使用して側方にずらすステップ、をさらに含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項４３】
前記広帯域の入射ビームの第１の出射部分波長帯ビーム、第２の出射部分波長帯ビーム、および第３の出射部分波長帯ビームを、前記広帯域の入射ビームを中心とする正三角形のパターンで前記プリズムシステムから出るように構成するステップ、をさらに含んでいる請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
第１のプリズムと前記平行四辺形のプリズムとの間に位置し、前記広帯域の入射ビームに対して垂直である第１の枢動面を、枢動させるステップ、をさらに含んでいる請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記平行四辺形のプリズムを、前記第１の枢動面において前記第１のプリズムに対して回転させるステップ、をさらに含んでいる請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
第２のプリズムと第３のプリズムとの間に位置し、前記広帯域の入射ビームに対して垂直である第２の枢動面を、枢動させるステップ、をさらに含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項４７】
前記第２のプリズムを、前記第２の枢動面において前記第３のプリズムに対して回転させるステップ、をさらに含んでいる請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
広帯域の入射ビームを、該広帯域の入射ビームに含まれる第１の出射部分波長帯ビーム、第２の出射部分波長帯ビーム、および第３の出射部分波長帯ビームへと分割するステップ、をさらに含んでいる請求項２９に記載の方法。
【請求項４９】
広帯域の入射ビームを、赤色、緑色、および青色で構成されるグループから選択される部分ビームへと分割するステップ、をさらに含んでいる請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
広帯域の入射ビームを、４５０〜６５０ｎｍ、６５０〜９００ｎｍ、および９００〜１８００ｎｍで構成されるグループから選択される部分へと分割するステップ、をさらに含んでいる請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
当該光学装置を、潜望鏡システムにおいて使用されるように構成するステップ、をさらに含んでいる請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
当該光学装置を、カメラにおいて使用されるように構成するステップ、をさらに含んでいる請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
当該光学装置を、投射装置において使用されるように構成するステップ、をさらに含んでいる請求項４８に記載の方法。
【請求項５４】
当該光学装置を、３つの光ビームをただ１つの光ビームへと結合させるように構成するステップ、をさらに含んでいる請求項４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への言及）
本出願は、２００８年６月２７日付の米国特許仮出願第６１／０７６，４８４号の優先権を主張し、この米国特許仮出願の内容の全体が、あらゆる目的のために、ここでの言及によって本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、波長帯分離プリズムの分野に関する。より具体的には、本発明は、広いスペクトルの光からなる入射ビームを、各々が入射ビームの方向に対して平行または直角のいずれかである２つ以上の出射ビームへと分離するプリズムシステムに関する。出射ビームの各々が、元の入射ビームの一部分である波長帯を含んでいる。
【背景技術】
【０００３】
波長帯分離ビームスプリッタは、テレビおよびビデオカメラにおいて、可視の白色光を３つの別々のセンサへと案内される赤色、緑色、および青色の成分へと効率よく分離するために、長きにわたって使用されてきている。この手法は、処理能力および分解能の両方を最大にする。波長帯分離ビームスプリッタは、マルチパネルのプロジェクションシステムにおいても幅広く使用されているが、そのような用途においては、ビームスプリッタが、実際のところ、２つ以上のオブジェクトパネルからの狭帯域の光を結合させて、広帯域の光からなるただ１つのビームとするためのビーム結合器として使用されている。
【０００４】
広帯域の光ビームを複数の狭帯域の光ビームへと分割する概念的に単純な方法は、いわゆる「交差ダイクロイック波長帯分割プリズムキューブ（ｃｒｏｓｓ  ｄｉｃｈｒｏｉｃ  ｗａｖｅｂａｎｄ  ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  ｐｒｉｓｍ  ｃｕｂｅ）」または「Ｘスプリッタ（Ｘ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）」（「キューブ・カラー・スプリッタ（Ｃｕｂｅ  Ｃｏｌｏｒ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）」と称されることもある）を使用することによって実現される。図１が、この形式のビームスプリッタ（色の結合に使用されることが最も多いが、単純に入射ビームおよび出射ビームの役割を逆にすることによって色分離プリズムとしても同様に機能できる）を示している。交差ダイクロイックビーム分割プリズムは、３つの異なる色の画像パネルからの光を結合させるために、ＬＣＤプロジェクタにおいて頻繁に使用される。このプリズムシステムは、入射ビームに対して４５度の角度に傾けられたダイクロイック表面（または、ダイクロイックミラー）を有している。光が強く偏光しているＬＣＤプロジェクタなどの用途に使用される場合、４５度という比較的急な角度が適切である。しかしながら、入射光ビームが非偏光の光で構成されている用途においては、プリズムが、負の偏光効果に悩まされる。とくには、ビーム分割効率が、ｓ偏光の光およびｐ偏光の光について変化する。この表面において干渉が生じ、装置の色純度が損なわれる可能性がある。
【０００５】
この４５度の角度における干渉を克服するダイクロイックコーティングが存在することが、報告されている。しかしながら、これらのコーティングは、７７層にも上る膜の塗布を必要とする。非偏光の光で構成されたビームを分割する好ましい手段は、約１５度というはるかに浅い角度のダイクロイック表面を使用することであると考えられる。しかし、そのような角度では、交差ダイクロイックプリズムは、機能しないと考えられる。
【０００６】
大部分の３センサ式のカメラシステムにとって好ましいビームスプリッタが、図２に示されており、ｄ  Ｌａｎｇらによって米国特許第３，２０２，０３９号において最初に開示されたものである。交差ダイクロイックビーム分割プリズムキューブの代案は、周知の全反射（ＴＩＲ）ビーム分割プリズムである。ＴＩＲビームスプリッタの利点は、ダイクロイック表面が入射ビームに対してきわめて浅い角度に傾けられている点にある。米国特許第４，００９，９４１号、第４，０３５，８３６号、第４，０８４，１８０号、第４，７８４，４９６号、第５，６４４，４３２号、および第６，１４４，４９８号の開示など、多数の改良が、長年にわたって特許文献において出現している。２チャネル、４チャネル、および５チャネルの変種が、この基本的なプリズム形式について知られている。
【０００７】
この方法の欠点は、３チャネルのＴＩＲビームスプリッタの３つの出力ビームが、入射ビームの方向に対して平行に向けられていないため、システムを円筒形の保護スリーブへと挿入する必要がある潜望鏡などの用途における使用が、実現不可能になっている点にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、出射ビームの各々が入射ビームの方向に対して平行または直角のいずれかであるコンパクトな波長帯分割プリズムシステムについて、ニーズが存在している。そのようなビーム分割プリズムは、複数の波長帯を必要とするカメラ、プロジェクタ、および光学システムにおいて幅広い範囲の用途を有すると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施の態様によるプリズムシステムは、広帯域の入射光ビームを、元の入射ビームに対して平行または垂直に向けられる２つ以上の部分ビームへと分割する。特定のプリズム構成要素の特定の表面へと適用されるダイクロイックコーティングの使用、およびプリズム構成要素の独特な幾何学的形状によるダイクロイック表面における入射角度の最小化を通じて、優れた配置の柔軟性が達成される。
【００１０】
一実施の態様においては、広帯域の光ビームが、この入射ビームに平行に向けられる３つの光ビームへと分割される。広帯域の光ビームを３つの別々のビームへと分割することができる例は、２オクターブ（４５０〜１８００ｎｍ）の入力ビームが３つの画像化チャネルへと効率的に分割される３チャネルの潜望鏡システムである。これら３つのチャネルは、それぞれ４５０〜６５０ｎｍ、６５０〜９００ｎｍ、および９００〜１８００ｎｍという個々の波長帯を有することができる。
【００１１】
広帯域のビームがプリズムシステムに進入し、平行四辺形のプリズムの内部での反射によって、側方にずらされる。次いで、ビームは、光の特定の波長を反射させる一方で、他の波長を通過させる第１のダイクロイックコーティングで処理された表面に出会う。この表面から反射された光が、プリズム内で全反射を被るような角度で、プリズムの内壁に衝突する。プリズムの形状ゆえに、ビームは、元の広帯域の入射ビームに平行な向きでプリズムを出る。
【００１２】
ダイクロイック表面を通過したビームは、第２のダイクロイックコーティングで処理された表面に達し、ここで再び、光の所定の波長帯が反射させられる一方で、残りの波長は通過する。最初に分離された光ビームと同様に、第２のダイクロイック表面によって反射させられたビームは、該当のプリズム内での全反射を経て、広帯域の入射ビームに平行な向きで出射する。第２のダイクロイック表面を通過した光ビームは、元の広帯域の入射ビームに対して平行な向きでプリズムを出る。
【００１３】
この実施の態様は、そのコンパクトな配置ゆえに、とくに興味深いものとなっている。出力ビームの向きが広帯域の入射ビームに対して平行であることで、プリズムシステムの全体が、入射ビームに直交する２つの枢動面（旋回面：pivot surface）を使用することができる。プリズム構成要素を枢動面に対して回転させることによって、本発明を、潜望鏡の筒などのコンパクトな円筒形のスリーブへと挿入することができるコンパクトな三次元配置へと畳むことができる。
【００１４】
他の実施の態様は、出力ビームを広帯域の入射ビームに対して垂直な向きにすることができる３チャネルのビーム分割プリズムシステムを含む。同様の枢動面を、この実施の態様においても存在させることができる。
【００１５】
本発明の他の典型的な実施の態様においては、広帯域の入射ビームが、より狭い２つのビームへと分割される。この２チャネルの発明は、波長帯の分離にただ１つのダイクロイック表面しか必要としない。本発明の実施の態様は、入射ビームに対して平行または垂直のいずれかに向けられた出力ビームを含むことができる。
【００１６】
本発明の実施の態様は、２つ以上のセンサを備えているマルチスペクトルのカメラシステムなど、複数の波長帯を必要とするカメラ、プロジェクタ、および任意の他の光学機器における使用に適している。本発明の実施の態様は、物理的なパッケージングおよびダイクロイックミラーの性能に課される要求がきわめて厳しい光学システムにおいて使用するためにとくに適している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】交差ダイクロイック波長帯分割プリズムシステムの実施の形態を示している。
【図２】Ｐｈｉｌｌｉｐｓ式の波長帯分割プリズムシステムの実施の形態を示している。
【図３】本発明の第１の実施の形態の側面図を示している。
【図４】本発明の第１の実施の形態の上面図を示している。
【図５】本発明の第１の実施の形態の斜視図を示している。
【図６】本発明の第２の実施の形態の側面図を示している。
【図７】本発明の第３の実施の形態の側面図を示している。
【図８】本発明の第４の実施の形態の側面図を示している。
【図９】本発明の第５の実施の形態の側面図を示している。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の断面図を示している。
【図１１】本発明の第１の実施の形態の断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書の一部を構成する添付の図面を参照すると、本発明を実施することができる具体的な実施の形態が、例として示されている。本発明の好ましい実施の形態の技術的範囲から離れることなく、他の実施の形態を利用することも可能であり、構造的な変更を行うことも可能であることを、理解すべきである。
【００１９】
図面を詳しく参照すると、図１が、交差ダイクロイック波長帯分割プリズムシステムを示している。このシステムは、キューブの形態を生み出すように一体に接合された４つの部分プリズムを備えている。交差ダイクロイックプリズムシステムは、入射する広帯域の光ビームを３つの出射部分ビームへと分割する。典型的には、白色光のビーム１が、前面を通って交差ダイクロイックプリズムシステムに進入し、赤色、緑色、および青色の色を有するビームの光が、それぞれの側面から出る。４つのプリズム部品の間の界面１０および１１が、この実施の形態のビーム分割特性をもたらすように機能する。特定の帯域の光を実質的に通過させる一方で、他の帯域の光を実質的に反射させるダイクロイックフィルムが、プリズムの界面に適用されている。面１７から出る光２は、界面１０で選択的に反射させられるｓ偏光の光で実質的に構成されている。同様に、反対側の面１９から出る光４は、界面１１で選択的に反射させられるｓ偏光の光で実質的に構成されている。交差ダイクロイックプリズムシステムにおいては、入射ビーム１の反対側の面１８から出る光３は、界面１０および１１の両方を通過したｐ偏光の光で実質的に構成されている。
【００２０】
図２が、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ式の波長帯分割プリズムシステムを示している。Ｐｈｉｌｌｉｐｓプリズムは、４つのプリズムブロック２０〜２３を使用して、光を３つの成分へと分割する。これらの成分は、典型的には、赤色、緑色、および青色である。プリズム２１および２２の間にすき間が存在している。白色光１を赤色、緑色、および青色へと分割するように設計されたＰｈｉｌｌｉｐｓプリズムの場合には、青色反射ダイクロイックフィルムが、表面１３へと適用され、赤色反射ダイクロイックフィルムが、表面１２へと適用される。赤色、緑色、および青色の光で構成された白色光１が、面１６に進入する。界面１３との相互作用によって、実質的に青色を有しているｓ偏光の光７が、表面において反射させられ、面２４から出る。青色および緑色で実質的に構成されたｐ偏光の光が、空隙１５を通過し、表面１４を通ってプリズム２２に進入する。この光が界面１２と相互作用するときに、実質的に赤色を有しているｓ偏光した光５が、表面１２において反射させられ、面２５から出る。実質的に緑色のｐ偏光した光６が、界面１２を通過して面２６から出る。
【００２１】
本発明の第１の実施の形態が、図３、図４および図５に示されている。図面を詳しく参照すると、図３が、第１の実施の形態の側面図を示している。このプリズムシステムは、広帯域の入射ビーム１０１を、３つの狭帯域の出力ビーム１０２〜１０４へと分割する。広帯域の入射ビーム１０１が、平行四辺形の形状を有しているプリズム部分３０に進入する。プリズム部分３０の目的は、入力ビーム１０１および出力ビーム１０２〜１０４の回転対称を保証するために、入力ビーム１０１を側方へとずらすことにある。次にビームは、プリズム部分３１に進入し、次いで入射ビームに対して約３０度の角度に傾けられた狭い平行な空隙４６へと入る。次いでビームは、プリズム部分３２へと通過し、プリズム部分３２において、ｓ偏光部分１０２が、入射ビームに対して約１５度というかなり浅い角度に傾けられたダイクロイックミラー４８から反射させられる。次いで、ビーム１０２は、表面４２および４３において全反射を受け、その後に光路均等化ブロック３３を通過して、表面２７を通ってプリズムシステムから出る。ビーム１０１の残りの部分は、ダイクロイックミラー４８をプリズム部分３４および３５へと通過し、次いで入射ビームに対して約３０度に傾けられた狭い平行な空隙４７を、プリズム部分３６へと通過する。入射ビームに対して約１５度の角度に傾けられたダイクロイックミラー４９において、ビーム１０１の残りの部分が、ミラー４９において反射させられるｓ偏光のビーム１０４と、ミラー４９を真っ直ぐに通過するｐ偏光のビーム１０３とに分割される。ミラー４９における反射の後で、ビーム１０４は、表面４４および４５における全反射を経て、表面２８を通ってプリズムシステムから出る。残りのビーム１０３は、随意による光路均等化ブロック３８を通過し、表面２９を通ってプリズムシステムから出る。全反射面４３および４５は、入射ビームに対して約４５度に傾けられており、すなわち、ビームは、これらの表面からの反射の後で約９０度だけ方向を変化させる。
【００２２】
表面５０および５１は、入射ビームに対して直角な枢動面である。これらの表面の両側のプリズム部分３０−３１および３４−３５を、入射ビームおよび出射ビームの所望の配置を実現するために、入射ビームに平行な軸にて回転させることができる。図３は、二次元へと「平坦化」されたシステムを示しており、ビーム１０２〜１０４のすべてが互いに平行かつ同じ平面内に位置する旨を示している。いくつかの用途においては、この同一面内配置を使用することが望ましいかもしれない。しかしながら、一般には、５０または５１においてプリズムの少なくとも一部分を回転させ、出力ビームを図４に示した配置など、別の三次元の配置にすることが有用である。
【００２３】
各々のプリズム要素によって分離される波長帯は、使用されるダイクロイックコーティングの光の反射および透過特性によって決定される。プリズム要素を、光の特定の帯域を分離するように選択される適切なダイクロイックコーティングを使用して構成することができる。第１のダイクロイックミラーのダイクロイックコーティングが、どの波長帯が反射させられて第１の分割ビームを構成するのかを決定し、どの波長帯が透過ビームに残るのかを決定する。透過ビームは、一般に、ダイクロイックミラーによって反射させられることがなかった波長帯だけを含んでいる。ビームが３つ以上の波長帯へと分割される場合には、適切に選択された第２のダイクロイックミラーが、透過ビームに残る波長帯を分割する。さらなるダイクロイックミラーを、残りの波長帯をシステムを通過するときにさらに分割するために使用することができる。したがって、追加のダイクロイックミラーの各々へと伝えられる波長帯は、先行するダイクロイックミラーによって決定される。
【００２４】
図４が、プリズムシステムの上面図を示しており、入力ビームおよび出力ビームの対称性４０１を示している。これは、出力ビームを充分に離す一方で、システム全体を小さい円筒形の包絡線４００に収めることを可能にする。
【００２５】
図５は、入力および出力ビームが図４のように向けられている第１の実施の形態の斜視図を示している。
【００２６】
図６に示されている実施の形態は、一番上の平行四辺形部分が取り除かれている点を除き、第１の実施の形態と同様である。この構成は、入力および出力ビームが必ずしも完璧に回転対称である必要がない場合に有用であり、プリズムが簡素化され、プリズムの全長が短縮される。
【００２７】
図７に示されている実施の形態は、システムからビーム６１および６３を両方のビーム６０および６２に対して垂直な方向に出すことができるよう、プリズム部分７１および７４が変更されている点を除き、最初の２つの実施の形態と同様である。このプリズムシステムも、広帯域の入射ビーム６０を、３つの狭帯域の出力ビーム６１〜６３へと分割する。広帯域の入射ビーム６０が、プリズム部分７０に進入し、次いで入射ビームに対して約３０度の角度に傾けられた狭い平行な空隙７６へと通過する。次いでビームは、プリズム部分７１へと通過し、プリズム部分７１において、ｓ偏光部分６１が、入射ビームに対して約１５度というかなり浅い角度に傾けられたダイクロイックミラー７８から反射させられる。次いで、ビーム６１は、６５において全反射を受けた後に、表面８０を通ってプリズムから出る。ビーム６０の残りの部分は、ダイクロイックミラー７８をプリズム部分７２および７３へと通過し、次いで入射ビームに対して約３０度に傾けられた狭い平行な空隙７７を、プリズム部分７４へと通過する。入射ビームに対して約１５度に傾けられたダイクロイックミラー７９において、元の入射ビーム６０の残りの部分が、ミラー７９において反射させられるｓ偏光のビーム６３と、ミラー７９を真っ直ぐに通過するｐ偏光のビーム６２とに分割される。ミラー７９における反射の後で、ビーム６３は、６６における全反射を経た後で、元の入射ビーム６０およびビーム６２の両者に対して直角な方向に表面８３を通ってプリズムシステムから出る。残りのビーム６２は、随意による光学ブロック７５へと通過し、次いで表面８１を通ってプリズムシステムから出る。この変更は、システムの全長を短縮し、したがって随意による光路長均等化ブロック７５がより短くなる。
【００２８】
表面６４は、入射ビームに対して直角な枢動面である。この表面の両側のプリズム部分７２および７３を、入射ビームおよび出射ビームの所望の配置を実現するために、入射ビームに平行な軸にて回転させることができる。図７は、二次元へと「平坦化」されたシステムを示しており、ビーム６１および６３が同じ平面内に位置する旨を示している。いくつかの用途においては、この同一面内配置を使用することが望ましいかもしれない。しかしながら、出力ビームを別の三次元の配置にするためにプリズムを回転させることが、おそらくは有用であろう。
【００２９】
図８に示されている実施の形態は、３チャネルのシステムではなくて２チャネルのシステムをもたらすために、或るプリズム部分の全体が取り除かれている点を除き、第２の実施の形態と同様である。ビーム９２が、元の入射ビーム９０と同一直線上にあり、ビーム９１がビーム９２に平行である。このプリズムシステムは、広帯域の入射ビーム９０を、２つの狭帯域の出力ビーム９１および９２へと分割する。広帯域の入射ビーム９０が、プリズム部分８３に進入し、次いで入射ビームに対して約３０度の角度に傾けられた狭い平行な空隙８９へと通過する。次いでビームは、プリズム部分８４へと通過し、プリズム部分８４において、ｓ偏光部分９１が、入射ビームに対して約１５度というかなり浅い角度に傾けられたダイクロイックミラー９３から反射させられる。次いで、ビーム９１は、８７および８８において全反射を受けた後で、表面９４を通ってプリズムから出る。ビーム９０の残りの部分は、ｐ偏光の光９２としてダイクロイックミラー９３をプリズム部分８５および８６へと通過し、その後に表面９５を通ってプリズムシステムから出る。
【００３０】
図９に示されている実施の形態は、同一直線上にあるビーム１１０および１１２に対して直角な方向にビーム１１１をシステムから出すことができるよう、プリズム部分９７が偏光されている点を除き、第４の実施の形態と同様である。
【００３１】
このプリズムシステムは、広帯域の入射ビーム１１０を、２つの狭帯域の出力ビーム１１１および１１２へと分割する。広帯域の入射ビーム１１０が、プリズム部分９６に進入し、次いで入射ビームに対して約３０度の角度に傾けられた狭い平行な空隙１０８を通過する。次いでビームは、プリズム部分９７へと通過し、プリズム部分９７において、ｓ偏光部分１１１が、入射ビームに対して約１５度というかなり浅い角度に傾けられたダイクロイックミラー１０７から反射させられる。次いで、ビーム１１１は、１０９において全反射を受けた後で、１０５においてプリズムの表面から出る。ビーム１１０の残りの部分は、ｐ偏光の光としてダイクロイックミラー１０７をプリズム部分９８および９９へと通過し、その後に表面１０６を通って要素９９から出る。
【００３２】
図１０が、ビーム１０２を生じさせるプリズムの上部における光路をさらに詳しく示している。角度１５０、１５１、および１５２は、それぞれ約３０度、１５度、および４５度である。これらの角度が、ダイクロイック表面の良好な性能、優れた全反射率、ならびに平行な入力および出力の経路を保証する。
【００３３】
図１１が、最初の空隙をさらに詳しく示している。角度１８０および１８３は、それぞれ約３０度および６０度である。角度１８１は、スネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則によって与えられる。
ｓｉｎ（角度１８１）＝ａｒｃｓｉｎ（（ｎ３１／ｎ４６）ｓｉｎ（角度１８０）
ここで、ｎ３１およびｎ４６は、それぞれ要素３１および要素４６の屈折率である。理想的には、角度１８０は、偏光効果を回避するために、可能な限り角度１８１に近い。ｎ３１およびｎ３２（要素３２の屈折率）が充分に大きい（例えば、１．７５以上である）場合、空隙４６を低屈折率の流体またはセメントで満たしても、依然として戻りの反射において全反射を達成することが可能である。全反射が生じるように保証するためのｎ４６についての境界条件は、以下のとおりである。
ｎ４６＝（ｎ３２）ｓｉｎ（角度１８３）
例えば、要素３２が、１．７７３という屈折率を有するＯｈａｒａ社のＳ−ＪＡＨ６６という光学ガラスで製作され、角度１８３が、６０度である場合、ｎ４６は、１．５３５よりも小さくなければならない。空隙４６を満たすための材料の良好な選択肢は、約１．４３という屈折率を有するＤｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＳｙｌｇａｒｄ  １８４である。また、Ｓｙｌｇａｒｄは、硬化しても柔軟なままであり、したがって、プリズム構造内の熱膨張に関する問題が防止される。空隙を埋める利点として、１）プリズムの構造がより堅固になること、２）空隙の透過が改善されること、および３）空隙を通過するときの偏光の影響が軽減されること、が挙げられる。
【００３４】
本発明の種々の実施の形態を上述したが、それらがあくまでも例として提示されているにすぎず、本発明を限定するものではないことを、理解すべきである。本発明は、例示した典型的な構造または構成に限られず、さまざまな代案の構造および構成を使用して本発明を実現することが可能である。さらに、本発明を種々の典型的な実施の形態および実施例に関して上述したが、個別の１つ以上の実施の形態において説明された種々の特徴および機能は、当該特徴および機能の説明が行われた特定の実施の形態にしか適用できないのではなく、単独または何らかの組み合わせにおいて、本発明の１つ以上の別の実施の形態にも（そのような実施の形態が本明細書に記載されていなくても、あるいはそのような特徴が本明細書に記載の実施の形態の一部として提示されていなくても）適用できることを、理解すべきである。したがって、本発明の幅および範囲は、上述した典型的な実施の形態のいずれにも制限されるものではない。
【００３５】
本明細書において使用された用語および表現ならびにそれらの変種は、とくにそのようでないと明示されない限りは、限定ではなくて、制限のないものとして解釈されなければならない。そのような例として、用語「・・・を含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、「・・・を含んでいるが、それ（それら）に限られない」などの意味に解釈されるべきであり、用語「例（ｅｘａｍｐｌｅ）」は、該当の事項のすべてを述べ尽くすリストまたは限定的なリストではなく、該当の事項の典型的な事例を提示するために使用されている。また、「従来からの（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）」、「伝統的な（ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ）」、「通常の（ｎｏｒｍａｌ）」、「標準的な（ｓｔａｎｄａｒｄ）」、「公知の（ｋｎｏｗｎ）」などの形容詞ならびに同様の意味の用語を、該当の事項を所与の期間または所与の時点において利用可能な事項に限定するものとして解釈してはならず、むしろ現時点において利用可能または公知であってよく、あるいは将来の任意の時点において利用可能または公知であってよい従来からの技術、伝統的な技術、通常の技術、または標準的な技術を包含するものと解釈すべきである。同様に、接続詞「および（ａｎｄ）」で結び付けられた事項のグループを、とくにそのようでないと明示されない限りは、それらの事項の各々がすべて集団に存在していなければならないと解釈してはならず、むしろ「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」と解釈しなければならない。同様に、接続詞「または（ｏｒ）」で結び付けられた事項のグループを、とくにそのようでないと明示されない限りは、そのグループの中での相互の排他性を必要とするものと解釈してはならず、むしろ「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」と解釈しなければならない。さらに、本発明の事項、要素、または構成部品が、単数形で説明または請求されるかもしれないが、とくに単数への限定が明示的に述べられない限りは、複数形もその範囲に包含されると考えられる。いくつかの事例において、「１つ以上の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」、「少なくとも（ａｔ  ｌｅａｓｔ）」、「・・・に限られない（ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」、などの広がりを持つ用語または表現あるいは他の同様の表現が存在したとしても、そのことを、そのような広がりを持つ表現が存在しない事例において、より狭い状況が意図され、あるいは必要とされているという意味に解釈してはならない。
【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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【国際調査報告】
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