(57)【要約】  光を分析するための装置は、光を受けるための入力アパーチャと、入力アパーチャからの光を中継するように構成された１つまたは複数のレンズの第１のセットと、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を分散させるように構成されたプリズム・アセンブリとを含む。プリズム・アセンブリは、第１のプリズムと、第１のプリズムとは異なる第２のプリズムと、第１のプリズムおよび第２のプリズムとは異なる第３のプリズムとを含め複数のプリズムを含む。第１のプリズムは、第２のプリズムと機械的に結合され、第２のプリズムは、第３のプリズムと機械的に結合される。装置は、プリズム・アセンブリからの分散された光を集光するように構成された１つまたは複数のレンズの第２のセットと、１つまたは複数のレンズの第２のセットからの光を電気信号に変換するために構成されたアレイ検出器とをやはり含む。
2021501314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を分析するための装置であって、
光を受けるための入力アパーチャと、
前記入力アパーチャからの光を中継するように構成された１つまたは複数のレンズの第１のセットと、
前記１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を分散させるように構成されたプリズム・アセンブリであって、前記プリズム・アセンブリが第１のプリズムと、前記第１のプリズムとは異なる第２のプリズムと、前記第１のプリズムおよび前記第２のプリズムとは異なる第３のプリズムとを含む複数のプリズムを含み、前記第１のプリズムが前記第２のプリズムと機械的に結合され、前記第２のプリズムが前記第３のプリズムと機械的に結合される、プリズム・アセンブリと、
前記プリズム・アセンブリからの前記分散された光を集光するように構成された１つまたは複数のレンズの第２のセットと、
前記１つまたは複数のレンズの第２のセットからの前記光を電気信号に変換するために構成されたアレイ検出器と、
を備える装置。
【請求項２】
前記第１のプリズムが前記第２のプリズムと光学的に結合され、前記第２のプリズムが前記第３のプリズムと光学的に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プリズム・アセンブリが、前記第１のプリズム、前記第２のプリズムおよび前記第３のプリズムとは異なる第４のプリズム、ならびに前記第１のプリズム、前記第２のプリズム、前記第３のプリズムおよび前記第４のプリズムとは異なる第５のプリズムを含み、
前記第３のプリズムが、前記第４のプリズムと機械的に結合され、
前記第４のプリズムが、前記第５のプリズムと機械的に結合される、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のプリズムが、第１の光学表面、および前記第１の光学表面とは異なりそして非平行である第２の光学表面を有し、
前記第２のプリズムが、第１の光学表面、および前記第１の光学表面とは異なりそして非平行である第２の光学表面を有し、
前記第３のプリズムが、第１の光学表面、および前記第１の光学表面とは異なりそして非平行である第２の光学表面を有し、
前記第４のプリズムが、第１の光学表面、および前記第１の光学表面とは異なりそして非平行である第２の光学表面を有し、
前記第５のプリズムが、第１の光学表面、および前記第１の光学表面とは異なりそして非平行である第２の光学表面を有し、
前記第１のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第２のプリズムの前記第１の光学表面と光学的に結合され、
前記第２のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第３のプリズムの前記第１の光学表面と光学的に結合され、
前記第３のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第４のプリズムの前記第１の光学表面と光学的に結合され、
前記第４のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第５のプリズムの前記第１の光学表面と光学的に結合される、
請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第２のプリズムの前記第１の光学表面に実質的に平行であり、
前記第２のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第３のプリズムの前記第１の光学表面に実質的に平行であり、
前記第３のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第４のプリズムの前記第１の光学表面に実質的に平行であり、
前記第４のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第５のプリズムの前記第１の光学表面に実質的に平行である、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のプリズムが、前記第１の光学表面および前記第２の光学表面とは異なりそして非平行である第３の表面を有し、
前記第５のプリズムが、前記第１の光学表面および前記第２の光学表面とは異なりそして非平行である第３の表面を有し、
前記第１のプリズムの前記第３の表面が、前記第１のプリズムの前記第１の光学表面に実質的に垂直であり、
前記第５のプリズムの前記第３の表面が、前記第５のプリズムの前記第２の光学表面に実質的に垂直である、
請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記第２のプリズムが、前記第１の光学表面および前記第２の光学表面とは異なりそして非平行である第３の表面を有し、
前記第３のプリズムが、前記第１の光学表面および前記第２の光学表面とは異なりそして非平行である第３の表面を有し、
前記第４のプリズムが、前記第１の光学表面および前記第２の光学表面とは異なりそして非平行である第３の表面を有し、
前記第１のプリズムの前記第３の表面が、前記第２のプリズムの前記第３の表面、前記第３のプリズムの前記第３の表面、前記第４のプリズムの前記第３の表面、および前記第５のプリズムの前記第３の表面に実質的に平行である、
請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第２のプリズムの前記第１の光学表面と前記第２のプリズムの前記第３の表面とにより規定される角度が、前記第２のプリズムの前記第２の光学表面と前記第２のプリズムの前記第３の表面とにより規定される角度に対応し、
前記第３のプリズムの前記第１の光学表面と前記第３のプリズムの前記第３の表面とにより規定される角度が、前記第３のプリズムの前記第２の光学表面と前記第３のプリズムの前記第３の表面とにより規定される角度に対応し、
前記第４のプリズムの前記第１の光学表面と前記第４のプリズムの前記第３の表面とにより規定される角度が、前記第４のプリズムの前記第２の光学表面と前記第４のプリズムの前記第３の表面とにより規定される角度に対応する、
請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１のプリズムの前記第１の光学表面が、前記第５のプリズムの前記第２の光学表面に実質的に平行である、
請求項３乃至８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のプリズムおよび前記第５のプリズムが同じ形状を有する、請求項３乃至９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のプリズムがリトロー・プリズムであり、前記第２のプリズムが三角形部材プリズムであり、前記第３のプリズムが三角形部材プリズムであり、前記第４のプリズムが三角形部材プリズムであり、そして前記第５のプリズムがリトロー・プリズムである、請求項３乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第２のプリズムが等辺プリズムであり、
前記第３のプリズムが等辺プリズムであり、
前記第４のプリズムが等辺プリズムである、
請求項３乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１のプリズムが、第１の光学表面、および前記第１の光学表面とは異なりそして非平行である第２の光学表面を有し、
前記第２のプリズムが、第１の光学表面、および前記第１の光学表面とは異なりそして非平行である第２の光学表面を有し、
前記第３のプリズムが、第１の光学表面、および前記第１の光学表面とは異なりそして非平行である第２の光学表面を有し、
前記第１のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第２のプリズムの前記第１の光学表面と光学的に結合され、
前記第２のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第３のプリズムの前記第１の光学表面と光学的に結合される、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第２のプリズムの前記第１の光学表面に実質的に平行であり、
前記第２のプリズムの前記第２の光学表面が、前記第３のプリズムの前記第１の光学表面に実質的に平行である、
請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のプリズムが、前記第１の光学表面および前記第２の光学表面とは異なりそして非平行である第３の表面を有し、
前記第３のプリズムが、前記第１の光学表面および前記第２の光学表面とは異なりそして非平行である第３の表面を有し、
前記第１のプリズムの前記第３の表面が、前記第１のプリズムの前記第１の光学表面に実質的に垂直であり、
前記第３のプリズムの前記第３の表面が、前記第３のプリズムの前記第２の光学表面に実質的に垂直である、
請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第２のプリズムが、前記第２のプリズムの前記第１の光学表面および前記第２のプリズムの前記第２の光学表面とは異なりそして非平行である第３の表面を有する、
請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２のプリズムの前記第３の表面が、前記第１のプリズムの前記第３の表面および前記第３のプリズムの前記第３の表面に実質的に平行である、
請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第２のプリズムの前記第１の光学表面と前記第２のプリズムの前記第３の表面とが、第１の角度を規定し、
前記第２のプリズムの前記第２の光学表面と前記第２のプリズムの前記第３の表面とが、第２の角度を規定し、
前記第２の角度が前記第１の角度に対応する
請求項１６または１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１のプリズムの前記第１の光学表面が、前記第３のプリズムの前記第２の光学表面に実質的に平行である、
請求項１３乃至１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１のプリズムおよび前記第３のプリズムが同じ形状を有する、請求項１３乃至１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１のプリズムがリトロー・プリズムであり、前記第２のプリズムが三角形部材プリズムであり、前記第３のプリズムがリトロー・プリズムである、請求項１３乃至２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記第２のプリズムが等辺プリズムである、請求項１３乃至２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記プリズム・アセンブリは、前記プリズム・アセンブリが前記１つまたは複数のレンズの第１のセットからの前記光を受けるように構成された入射表面を有し、
前記プリズム・アセンブリは、前記プリズム・アセンブリが前記１つまたは複数のレンズの第２のセットに向けて前記分散された光を伝送するように構成された出射表面を有し、
前記プリズム・アセンブリの前記入射表面が、前記プリズム・アセンブリの前記出射表面に実質的に平行である、
請求項１乃至２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記プリズム・アセンブリの各々のプリズムが、６００ｎｍから１５００ｎｍまでの波長範囲の光を分散させるように構成される、請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１のプリズムが、第１の材料から作られ、
前記第２のプリズムが、前記第１の材料とは異なる第２の材料から作られ、
前記第１の材料が第１のアッベ数を有し、前記第２の材料が前記第１のアッベ数よりも小さい第２のアッベ数を有する、
請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
前記第３のプリズムが、第３の材料から作られ、
前記第２のプリズムが、前記第３の材料とは異なる第２の材料から作られ、
前記第３の材料が第３のアッベ数を有し、前記第２の材料が前記第３のアッベ数よりも小さい第２のアッベ数を有する、
請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記第１のプリズムが、第１の材料から作られ、
前記第２のプリズムが、前記第１の材料とは異なる第２の材料から作られ、
前記第３のプリズムが、前記第２の材料とは異なる第３の材料から作られ、
前記第１の材料が、第１のアッベ数を有し、
前記第３の材料が、第３のアッベ数を有し、
前記第２の材料が、前記第１のアッベ数および前記第３のアッベ数よりも小さい第２のアッベ数を有する、
請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１の材料および前記第３の材料は同一である、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１のアッベ数が３０よりも大きく、
前記第２のアッベ数が５０よりも小さく、
前記第３のアッベ数が３０よりも大きい、
請求項２７または２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記第１のアッベ数が４０よりも大きく、
前記第２のアッベ数が４０よりも小さく、
前記第３のアッベ数が４０よりも大きい、
請求項２７または２８に記載の装置。
【請求項３１】
前記プリズム・アセンブリの各々のプリズムが、基準屈折率の２０％以内である屈折率を有する、
請求項１乃至３０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３２】
前記プリズム・アセンブリの各々のプリズムが、前記基準屈折率の２０％以内である屈折率を有する接着剤を使用して前記プリズム・アセンブリの１つまたは複数のプリズムと結合される、
請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記１つまたは複数のレンズの第２のセットによって集光された前記光が、６００ｎｍから１５００ｎｍまでの波長範囲の光を含む、請求項１乃至３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
前記アレイ検出器が、可視波長成分および短波長赤外波長成分を電気信号に変換することができる連続検出器アレイを含む、請求項１乃至３３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
前記連続検出器アレイが、１５００ｎｍ波長の光に対して少なくとも２０％の量子効率を有する、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記連続検出器アレイが、６００ｎｍ波長の光に対して少なくとも２０％の量子効率を有する、請求項３４または３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記連続検出器アレイが、ゲルマニウム検出器アレイである、請求項３４乃至３６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３８】
前記連続検出器アレイが、光を検知するためのデバイスの二次元アレイを含む、請求項３４乃至３７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３９】
前記アレイ検出器が、電荷変調デバイスの二次元アレイを含む、請求項１乃至３８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４０】
前記入力アパーチャが、直線的なアパーチャである、請求項１乃至３９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４１】
前記入力アパーチャが、前記入力アパーチャ上で受けた前記光の透過を阻止するようにコーティングされたガラス基板の第１の部分と、前記第１の部分とは異なりそして前記入力アパーチャ上で受けた前記光の少なくとも一部分の透過を可能にするように構成された前記基板の第２の部分とを有する基板を含む、請求項１乃至４０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４２】
被検物からの光を前記入力アパーチャの上へと集光するための１つまたは複数のレンズの第３のセットをさらに含む、請求項１乃至４１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４３】
前記可視波長成分に対応する光および前記短波長赤外波長成分に対応する光を同時に放出するように構成された広帯域光源をさらに含む、請求項１乃至４２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４４】
前記可視波長成分に対応する光を放出するように構成された１つまたは複数の可視光源と、前記短波長赤外波長成分に対応する光を放出するように構成された１つまたは複数の短波長赤外光源とをさらに含む、請求項１乃至４３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４５】
前記入力アパーチャおよび前記１つまたは複数のレンズの第１のセットは、前記入力アパーチャからの前記光がいずれの鏡によっても反射されずに前記１つまたは複数のレンズの第１のセットを通過するように配置される、
請求項１乃至４４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４６】
前記１つまたは複数のレンズの第１のセットおよび前記プリズム・アセンブリは、前記１つまたは複数のレンズの第１のセットからの前記光がいずれの鏡によっても反射されずに前記プリズム・アセンブリを通過するように配置される、
請求項１乃至４５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４７】
前記プリズム・アセンブリおよび前記１つまたは複数のレンズの第２のセットは、前記プリズム・アセンブリからの前記光がいずれの鏡によっても反射されずに前記１つまたは複数のレンズの第２のセットを通過するように配置される、
請求項１乃至４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４８】
前記１つまたは複数のレンズの第２のセットおよび前記アレイ検出器は、前記１つまたは複数のレンズの第２のセットからの前記光がいずれの鏡によっても反射されずに前記アレイ検出器に導かれるように配置される、
請求項１乃至４７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４９】
前記１つまたは複数のレンズの第２のセットおよび前記アレイ検出器は、前記１つまたは複数のレンズの第２のセットからの前記光が１つの鏡だけにより反射された後で前記アレイ検出器に導かれるように配置される、
請求項１乃至４７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５０】
１つまたは複数のプリズムのセットと、
前記１つまたは複数のプリズムのセットとは異なりそして前記１つまたは複数のプリズムのセットと機械的に結合される第１のプリズムと、
前記１つまたは複数のプリズムのセットおよび前記第１のプリズムとは異なりそして前記１つまたは複数のプリズムのセットと機械的に結合される第２のプリズムと、
前記１つまたは複数のプリズムのセット、前記第１のプリズムおよび前記第２のプリズムとは異なりそして前記１つまたは複数のプリズムのセットと機械的に結合される第３のプリズムと
を備える、プリズム・アセンブリ。
【請求項５１】
前記第３のプリズムが、前記第１のプリズムとは別である、
請求項５０に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項５２】
前記プリズム・アセンブリは、
前記第２のプリズムが、前記第１のプリズムとは別である、および／または
前記第３のプリズムが、前記第２のプリズムとは別である、
のうちの少なくとも１つによって特徴づけられる、
請求項５０または５１に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項５３】
前記第１のプリズムが、第１の材料から作られる、
請求項５０乃至５２のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項５４】
前記１つまたは複数のプリズムのセットが、前記第１の材料とは異なる第２の材料から作られる、
請求項５３に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項５５】
前記第２のプリズムが、前記第１の材料および前記第２の材料とは異なる第３の材料から作られる、
請求項５４に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項５６】
前記第３のプリズムが、前記第１の材料から作られる、
請求項５５に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項５７】
前記第１のプリズムおよび前記第３のプリズムが、同一の形状を有する、
請求項５０乃至５６のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項５８】
前記１つまたは複数のプリズムのセットが、反射的に対称な形状を有する、
請求項５０乃至５７のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項５９】
前記第２のプリズムが、反射的に対称な形状を有する、
請求項５０乃至５８のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項６０】
前記プリズム・アセンブリが、光軸を規定し、
前記第１のプリズムが、第１の光学表面および第２の光学表面を含め少なくとも２つの光学表面を有し、前記第１の光学表面が前記光軸に垂直ではない、
請求項５０乃至５９のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項６１】
前記第１のプリズムの前記第２の光学表面が、前記光軸に垂直ではない、
請求項６０に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項６２】
前記第３のプリズムが、第１の光学表面および第２の光学表面を含め少なくとも２つの光学表面を有し、前記第１の光学表面が前記光軸に垂直ではない、
請求項６０または６１に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項６３】
前記第３のプリズムの前記第２の光学表面が、前記光軸に垂直ではない、
請求項６２に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項６４】
前記１つまたは複数のプリズムのセットが、単一プリズムを含む、
請求項５０乃至６３のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項６５】
前記１つまたは複数のプリズムのセットが、２つのプリズムから構成される、
請求項５０乃至６３のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項６６】
前記１つまたは複数のプリズムのセットが、３つのプリズムから構成される、
請求項５０乃至６３のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項６７】
前記１つまたは複数のプリズムのセットが、４つ以上のプリズムから構成される、
請求項５０乃至５２のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリ。
【請求項６８】
光を分析するための装置であって、
光を受けるための入力アパーチャと、
前記入力アパーチャからの光を中継するように構成された１つまたは複数のレンズの第１のセットと、
請求項５０乃至６７のいずれか一項に記載のプリズム・アセンブリであり、前記プリズム・アセンブリが、前記１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を分散させるように構成される、プリズム・アセンブリと、
前記プリズム・アセンブリからの前記分散された光を集光するように構成された１つまたは複数のレンズの第２のセットと、
前記１つまたは複数のレンズの第２のセットからの前記光を電気信号に変換するために構成されたアレイ検出器と
を備える、装置。
【請求項６９】
光を分析するための方法であって、
請求項１乃至４９および６８のいずれか一項に記載の前記装置を用いて光を受けるステップと、
それぞれの波長について前記受光した光の強度を得るために前記装置の前記アレイ検出器からの電気信号を処理するステップと
を含む、方法。
【請求項７０】
前記光が、可視波長成分および短波長赤外波長成分を含み、
前記可視波長成分のうちの少なくとも一部分および短波長赤外波長成分のうちの少なくとも一部分が、前記アレイ検出器に同時に当たり、
前記アレイ検出器からの前記電気信号を処理するステップが、前記可視波長成分についての強度情報および前記短波長赤外波長成分の強度情報を取得するステップを含む、
請求項６９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、一般に、分光装置などの光を分析するための装置に関する。とりわけ、開示した実施形態は、回転ミスアライメントなどのミスアライメントを低減させる光を分析するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分光装置は、光を分析するために使用される装置である。分光装置は、典型的には、色に基づいて光を分散し、分離した色成分（しばしば「スペクトル」と呼ばれる）を記録するおよび／または測定する。分光装置は、光を放出する、反射する、または吸収する物体の検出、認識、同定、およびさらなる分析のために使用される。
【０００３】
しかしながら、従前の分光装置は、正確な動作のために較正をしばしば必要とする。例えば、同じ製造業者により生産された分光装置でも、装置毎のバラツキを有することがあり、そのため製造業者は、分光装置を出荷する前に各々の分光装置を較正する必要がある。加えて、分光装置内の光学部品が、使用中、輸送中、および／または保管中に機械的な力（例えば、衝撃および振動）のために動くことがあり、分光装置を頻繁に再較正する必要がある。このことが、分光装置の使い勝手ならびに分光装置の精度および再現性を低下させ、これが従前の分光装置の用途を制限していた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、ミスアライメントの減少を伴う、光を分析するための装置（例えば、分光装置）に対する必要性がある。このような装置は、強く、頻繁な較正を必要としない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上に記述した制限および欠点を克服する多数の実施形態が、下記により詳細に提示される。これらの実施形態は、較正および再較正に関する必要性の減少を伴う、光を分析するための装置および方法を提供する。
【０００６】
加えて、短波長赤外線は、可視光では利用できない情報を提供する。短波長赤外光および可視光の両方を集めることおよび分析することは、短波長赤外線および可視光を放出する、反射する、または吸収する物体の検出、認識、同定、およびさらなる分析を向上させることができる。
【０００７】
しかしながら、従前の機器は、可視光および赤外光の両方を分析することに関して効率的には設計されていない。このような機器は、典型的には、異なる波長領域用に別々の検出器および別々の光学部品を有する。例えば、このような機器は、可視光を分析するための可視光検出器および付随する光学部品を含み、そして赤外光を分析するための赤外光検出器および付随する光学部品を別々に含む。このような機器は、かさばり、重く、そして高価であり、このことが従前の機器の用途を制限していた。本明細書において説明する実施形態のうちのいくつかは、可視光および短波長赤外光の分析用のデバイスを使用するための装置および方法を提供する。
【０００８】
下記により詳細に説明するように、いくつかの実施形態は、光を分析するための装置を包含する。装置は、光を受けるための入力アパーチャと、入力アパーチャからの光を中継するように構成された１つまたは複数のレンズの第１のセットと、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を分散させるように構成されたプリズム・アセンブリとを含む。プリズム・アセンブリは、第１のプリズムと、第１のプリズムとは異なる第２のプリズムと、第１のプリズムおよび第２のプリズムとは異なる第３のプリズムとを含む複数のプリズムを含む。第１のプリズムは、第２のプリズムと機械的に結合され、第２のプリズムは、第３のプリズムと機械的に結合される。装置は、プリズム・アセンブリからの分散された光を集光するように構成された１つまたは複数のレンズの第２のセットと、１つまたは複数のレンズの第２のセットからの光を電気信号に変換するために構成されたアレイ検出器とをやはり含む。
【０００９】
いくつかの実施形態によれば、光を分析するための方法は、本明細書において説明するいずれかの装置を用いて光を受けるステップと、それぞれの波長について受光した光の強度を得るために装置のアレイ検出器からの電気信号を処理するステップとを含む。
【００１０】
いくつかの実施形態によれば、可視光および短波長赤外光を同時に分析するための装置は、可視波長成分および短波長赤外波長成分を含む光を受けるための入力アパーチャと、入力アパーチャからの光を中継するように構成された１つまたは複数のレンズの第１のセットと、可視波長成分および短波長赤外波長成分を含み、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を分散させるように構成された１つまたは複数の分散光学素子と、可視波長成分および短波長赤外波長成分を含み、１つまたは複数の分散光学素子からの分散された光を集光するように構成された１つまたは複数のレンズの第２のセットと、可視波長成分の強度を示す電気信号および短波長赤外波長成分の強度を示す電気信号を含む電気信号へと１つまたは複数のレンズの第２のセットからの光を変換するために構成されたアレイ検出器とを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態によれば、可視光および短波長赤外光を同時に分析するための方法は、可視波長成分のうちの少なくとも一部分および短波長赤外波長成分のうちの少なくとも一部分が装置のアレイ検出器の上に同時に当たるように本明細書において説明するいずれか装置を用いて可視波長成分および短波長赤外波長成分を含む光を受けるステップと、可視波長成分の強度および短波長赤外波長成分の強度を得るためにアレイ検出器からの電気信号を処理するステップとを含む。
【００１２】
いくつかの実施形態によれば、光を検知するためのデバイスは、第１の型のドーパントを用いてドープされた第１の半導体領域と、第２の型のドーパントを用いてドープされた第２の半導体領域とを含む。第２の半導体領域は、第１の半導体領域の上方に配置されており、第１の型は、第２の型とは異なる。デバイスは、第２の半導体領域の上方に配置されたゲート絶縁層と、ゲート絶縁層の上方に配置されたゲートと、第２の半導体領域に電気的につなげられたソースと、第２の半導体領域に電気的につなげられたドレインとを含む。第２の半導体領域は、ゲート絶縁層のほうを向いて配置されている上面を有し、そして第２の半導体領域は、第２の半導体領域の上面に対して反対側に配置されている底面を有する。第２の半導体領域は、第２の半導体領域の上面を含む上側部分を有する。第２の半導体領域は、第２の半導体領域の底面を含み、かつ上側部分とは相互に排他的である下側部分をやはり有する。第１の半導体領域は、第２の半導体領域の上側部分および下側部分の両者と接触している。第１の半導体領域は、少なくともゲートの下に位置する場所のところで第２の半導体領域の上側部分と接触している。
【００１３】
いくつかの実施形態によれば、光を検知するためのデバイスを形成する方法は、シリコン基板の上方に、第１の型のドーパントを用いてドープされた第１の半導体領域を形成するステップと、シリコン基板の上方に、第２の型のドーパントを用いてドープされた第２の半導体領域を形成するステップとを含む。第２の半導体領域は、第１の半導体領域の上方に配置されている。第１の型は、第２の型とは異なる。方法は、第２の半導体領域の上方にゲート絶縁層を形成するステップをやはり含む。第２の半導体領域の１つまたは複数の部分は、ソースおよびドレインを画定するためにゲート絶縁層から露出される。第２の半導体領域は、ゲート絶縁層に面している上面を有する。第２の半導体領域は、第２の半導体領域の上面に対して反対側である底面を有する。第２の半導体領域は、第２の半導体領域の上面を含む上側部分を有する。第２の半導体領域は、第２の半導体領域の底面を含み、かつ上側部分とは相互に排他的である下側部分を有する。第１の半導体領域は、第２の半導体領域の上側部分および下側部分の両者と接触している。第１の半導体領域は、少なくともゲートの下に位置する場所のところで第２の半導体領域の上側部分と接触している。方法は、ゲート絶縁層の上方に配置されたゲートを形成するステップをさらに含む。
【００１４】
いくつかの実施形態によれば、センサ・アレイを形成する方法は、上に記載した方法のうちのいずれかを使用して共通シリコン基板上に複数のデバイスを同時に形成するステップを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態によれば、センサ回路は、光検知素子を含み、光検知素子が、ソース端子、ゲート端子、ドレイン端子、およびボディ端子を有する。センサ回路は、ソース端子、ゲート端子、およびドレイン端子を有する選択トランジスタをやはり含む。選択トランジスタのドレイン端子は、光検知素子のソース端子に電気的につなげられている、または選択トランジスタのソース端子は、光検知素子のドレイン端子に電気的につなげられている。
【００１６】
いくつかの実施形態によれば、コンバータ回路は、光検知素子のソース端子またはドレイン端子に電気的につなげられていない、上に記載したセンサ回路のうちのいずれかに対応する第１のセンサ回路の選択トランジスタのソース端子またはドレイン端子に電気的につなげられた入力端子を有する第１のトランスインピーダンス増幅器を含む。第１のトランスインピーダンス増幅器は、光検知素子からの電流入力を電圧出力へと変換するように構成されている。コンバータ回路は、２つの入力端子を有する差動増幅器をやはり含み、２つの入力端子のうちの第１の入力端子が、第１のトランスインピーダンス増幅器の電圧出力に電気的につなげられ、２つの入力端子のうちの第２の入力端子が、光検知素子によって供給されるベース電流に対応する電圧を供給するように構成されている電圧源に電気的につなげられている。差動増幅器は、電圧出力と電圧源によって供給される電圧との間の電圧差に基づいて電圧を出力するように構成されている。
【００１７】
いくつかの実施形態によれば、画像センサ・デバイスは、センサのアレイを含む。センサのアレイ内のそれぞれのセンサは、上に記載したセンサ回路のうちのいずれかを含む。
【００１８】
いくつかの実施形態によれば、方法は、上に記載したセンサ回路のうちのいずれかの光検知素子を光にあてるステップを含む。方法は、光検知素子のソース端子に一定電圧を供給するステップと、光検知素子のドレイン電流を測定するステップとをやはり含む。
【００１９】
いくつかの実施形態によれば、方法は、上に記載した画像センサ・デバイスのうちのいずれかのセンサのアレイを光のパターンにあてるステップを含む。方法は、センサのアレイ内のそれぞれのセンサの光検知素子に対して、それぞれのセンサの光検知素子のソース端子にそれぞれの電圧を供給するステップと、光検知素子のドレイン電流を測定するステップとをやはり含む。
【００２０】
このように、記載した方法、デバイス、および装置は、可視光および短波長赤外光を分析する際の効率的で、小型で、低価格の装置を提供する。このような方法、デバイス、および装置は、可視光および短波長赤外光を分析するための従来の方法、デバイス、および装置を補完するまたは置き換えることができる。
【００２１】
前述の態様ならびに追加の態様およびその実施形態をより良く理解するために、添付の図面とともに、下記の実施形態の説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスの部分断面図である。
【図１Ｂ】いくつかの実施形態による、図１Ａに図示した半導体光センサ・デバイスの部分断面図である。
【図２Ａ】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスの動作を図説する模式図である。
【図２Ｂ】いくつかの実施形態による、図２Ａに図示した半導体光センサ・デバイスの動作を図説する模式図である。
【図３】いくつかの実施形態による例示的なバンド図である。
【図４Ａ】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスのシングル・チャネル構成を図示する模式図である。
【図４Ｂ】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスのマルチ・チャネル構成を図示する模式図である。
【図５】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスの部分断面図である。
【図６】いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路の図である。
【図７Ａ】いくつかの実施形態による例示的な３Ｔ−ＡＰＳ回路の図である。
【図７Ｂ】いくつかの実施形態による例示的な１Ｔ−ＭＡＰＳ回路の図である。
【図８Ａ】いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路の図である。
【図８Ｂ】いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路の図である。
【図８Ｃ】いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路の図である。
【図８Ｄ】いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路の図である。
【図８Ｅ】いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路の図である。
【図８Ｆ】いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路の図である。
【図８Ｇ】いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路の図である。
【図８Ｈ】いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路の図である。
【図９Ａ】いくつかの実施形態による例示的なコンバータ回路の図である。
【図９Ｂ】いくつかの実施形態による例示的なコンバータ回路の図である。
【図９Ｃ】いくつかの実施形態による例示的なコンバータ回路の図である。
【図１０】いくつかの実施形態による例示的な画像センサ・デバイスの図である。
【図１１Ａ】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスを作るための例示的な方法の図である。
【図１１Ｂ】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスを作るための例示的な方法の図である。
【図１１Ｃ】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスを作るための例示的な方法の図である。
【図１１Ｄ】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスを作るための例示的な方法の図である。
【図１１Ｅ】いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスを作るための例示的な方法の図である。
【図１２Ａ】いくつかの実施形態による分光装置の図である。
【図１２Ｂ】いくつかの実施形態による分光装置の図である。
【図１２Ｃ】いくつかの実施形態による分光装置の図である。
【図１２Ｄ】いくつかの実施形態による分光装置の図である。
【図１２Ｅ】いくつかの実施形態による分光装置の図である。
【図１３】いくつかの実施形態による分光装置の図である。
【図１４Ａ】いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１４Ｂ】いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１４Ｃ】いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１５Ａ】いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１５Ｂ】いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１５Ｃ】いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１６】いくつかの実施形態による、それぞれの光学素子の回転により引き起こされるスペクトルのシフトの図である。
【図１７】いくつかの実施形態による、三構成部材プリズム・アセンブリおよび五構成部材プリズム・アセンブリにより引き起こされる画像歪の図である。
【図１８Ａ】いくつかの実施形態による、プリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１８Ｂ】いくつかの実施形態による、プリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１８Ｃ】いくつかの実施形態による、プリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１８Ｄ】いくつかの実施形態による、プリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１８Ｅ】いくつかの実施形態による、プリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１８Ｆ】いくつかの実施形態による、プリズム・アセンブリおよびその構成部材の図である。
【図１９Ａ】図１８Ａ〜図１８Ｂに示したプリズム・アセンブリを通過する光線の図である。
【図１９Ｂ】いくつかの実施形態による、図１８Ａ〜図１８Ｂに示したプリズム・アセンブリを用いる分光装置内の光線の図である。
【図２０Ａ】いくつかの実施形態による、図１９Ｂに示した分光装置内の光の分散の図である。
【図２０Ｂ】いくつかの実施形態による、プリズム・アセンブリの移動によって引き起こされるスペクトルのシフトの図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
類似の参照番号は、複数の図の全体を通して対応する部品を参照する。
【００２４】
特に記述がない限り、図は正確な縮尺では描かれていない。
【００２５】
相補型金属−酸化膜−半導体（ＣＭＯＳ）センサおよび電荷変調デバイスなどの、旧来の光センサは、暗電流および量子効率と弱いチャネル変調との間のトレードオフに苦しんでいる。
【００２６】
加えて、問題は、短波長赤外光を検出しようとするときに深刻になる。シリコンが（シリコンのバンド・ギャップと対応する）１１００ｎｍよりも長い波長を有する光に対して透明であると考えられるので、シリコンから作られた旧来のセンサは、短波長赤外光（例えば、１４００ｎｍから３０００ｍｍの波長範囲内の光）を検知し撮像するためには適切ではない。
【００２７】
インジウム・ガリウム・ヒ素（ＩｎＧａＡｓ）およびゲルマニウム（Ｇｅ）から作られた赤外センサは、大きな暗電流に苦しめられている。多くのＩｎＧａＡｓおよびセンサは、低温（例えば、−７０℃）で動作するように冷却される。しかしながら、冷却することは、冷却ユニットのコスト、冷却ユニットに由来するデバイスのサイズの増加、デバイスを冷却するための動作時間の増加、およびデバイスを冷却するための電力消費の増加などの、多くの理由のために不利である。
【００２８】
さらにその上、可視光および赤外光の両方を分析するための従前の機器は、典型的には、異なる波長領域に対して別々の検出器および別々の光学部品を有する。例えば、このような機器は、可視光を分析するための可視光検出器および付随する光学部品を含み、そして赤外光を分析するための赤外光検出器および付随する光学部品を別に含む。このような機器は、かさばり、重く、そして費用がかかり、このことが従前の機器の用途を制限している。
【００２９】
上記の問題に対処するデバイス、装置、および方法が、本明細書において説明される。可視光および短波長赤外光の両方を電気信号に変換するために構成されたアレイ検出器を含む装置を提供することによって、小型で、軽量で、低価格のデバイスおよび装置を、可視光および短波長赤外光を分析するために提供することができる。
【００３０】
いくつかの実施形態では、このようなデバイスおよび装置が、ハイパースペクトル・イメージング用に使用され、これにより集めた光の空間分析（例えば、集めた光の空間分布の分析）を可能にする。
【００３１】
ある種の実施形態を参照し、その例を添付の図面に図示する。基礎となる原理を実施形態とともに説明するとはいえ、特許請求の範囲の範囲をこれらの特定の実施形態だけに限定するつもりがないことが理解されるであろう。対照的に、特許請求の範囲は、特許請求の範囲の範囲内である代替形態、修正形態、および等価物を包含するものとする。
【００３２】
その上、下記の説明では、数多くの具体的な詳細を、本発明の深い理解を提供するために記述する。しかしながら、これらの特定の詳細を用いずに本発明を実行することができることが、当業者にとっては明白であろう。他の事例では、基礎となる原理の態様を不明瞭にすることを避けるために、当業者には良く知られている方法、手順、構成要素、およびネットワークを詳細には説明しない。
【００３３】
第１の、第２の、等の用語を、様々な要素を説明するために本明細書において使用することがあるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが、やはり理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素をもう１つの要素と区別するために使用されるに過ぎない。例えば、第１の半導体領域を、第２の半導体領域と呼ぶことができ、同様に、特許請求の範囲の範囲から逸脱せずに、第２の半導体領域を、第１の半導体領域と呼ぶことができる。第１の半導体領域および第２の半導体領域は、両者とも半導体領域であるが、これらは同じ半導体領域ではない。
【００３４】
本明細書において実施形態の説明で使用する用語は、特定の実施形態だけを説明する目的のためであり、特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。明細書および別記の特許請求の範囲において使用するように、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明確に特に指示しない限り、同様に複数形を含むものとする。本明細書において使用するように「および／または」という用語は、関連する列挙した項目のうちの１つまたは複数の任意の組合せおよびすべての可能な組合せを呼び、かつ包含することがやはり理解されるであろう。この明細書において使用されるときに、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語が、記述した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除しないことが、さらに理解されるであろう。
【００３５】
図１Ａは、いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイス１００の部分断面図である。
【００３６】
いくつかの実施形態では、デバイス１００は、ゲート制御型電荷変調デバイス（ＧＣＭＤ）と呼ばれる（本明細書においては、ゲート制御型電荷変調デバイスとやはり呼ばれる）。
【００３７】
デバイス１００は、第１の型のドーパント（例えば、リンまたはヒ素などの、ｎ型半導体）を用いてドープされた第１の半導体領域１０４および第２の型のドーパント（例えば、ホウ素などの、高濃度のｐ型半導体、これはｐ＋の記号を使用してしばしば示される）を用いてドープされた第２の半導体領域１０６を含む。第２の半導体領域１０６は、第１の半導体領域１０４の上方に配置されている。第１の型（例えば、ｎ型）は、第２の型（例えば、ｐ型）とは異なる。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、第１の半導体領域１０４の上をおおって配置されている。
【００３８】
デバイスは、第２の半導体領域１０６の上方に配置されたゲート絶縁層１１０およびゲート絶縁層１１０の上方に配置されたゲート１１２を含む。いくつかの実施形態では、ゲート絶縁層１１０は、第２の半導体領域１０６の上をおおって配置されている。いくつかの実施形態では、ゲート絶縁層１１０は、第２の半導体領域１０６と接触している。いくつかの実施形態では、ゲート１１２は、ゲート絶縁層１１０の上をおおって配置されている。いくつかの実施形態では、ゲート１１２は、ゲート絶縁層１１０と接触している。
【００３９】
デバイスは、第２の半導体領域１０６に電気的につなげられたソース１１４および第２の半導体領域１０６に電気的につなげられたドレイン１１６をやはり含む。
【００４０】
第２の半導体領域１０６は、ゲート絶縁層１１０のほうに向かって配置されていている上面１２０を有する。第２の半導体領域１０６は、第２の半導体領域１０６の上面１２０に対して反対側に配置されていている底面１２２をやはり有する。第２の半導体領域１０６は、第２の半導体領域１０６の上面１２０を含む上側部分１２４を有する。第２の半導体領域１０６は、第２の半導体領域１０６の底面１２２を含む下側部分１２６をやはり有する。下側部分１２６は、上側部分１２４とは相互に排他的である。本明細書において使用するように、上側部分１２４および下側部分１２６は、第２の半導体領域１０６の異なる部分を呼ぶ。このように、いくつかの実施形態では、上側部分１２４と下側部分１２６との物理的な分離がない。いくつかの実施形態では、下側部分１２６は、上側部分１２４ではない第２の半導体領域１０６の部分を呼ぶ。いくつかの実施形態では、上側部分１２４は、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍ、または１０ｎｍよりも薄い厚さを有する。いくつかの実施形態では、上側部分１２４は、ソース１１４からドレイン１１６まで一様な厚さを有する。いくつかの実施形態では、上側部分１２４および下側部分１２６は、ゲート１１２の直下の水平な位置のところで同じ厚さを有する。
【００４１】
いくつかの実施形態では、第１の型がｎ型であり、第２の型がｐ型である。例えば、第１の半導体領域は、ｎ型半導体を用いてドープされ、そしてソース１１４、ドレイン１１６、およびソース１１４とドレイン１１６との間のチャネルは、ｐ型半導体を用いてドープされ、これはＰＭＯＳ構造と呼ばれる。
【００４２】
いくつかの実施形態では、第１の型がｐ型であり、第２の型がｎ型である。例えば、第１の半導体領域は、ｐ型半導体を用いてドープされ、そしてソース１１４、ドレイン１１６、およびソース１１４とドレイン１１６との間のチャネルは、ｎ型半導体を用いてドープされ、これはＮＭＯＳ構造と呼ばれる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、ゲルマニウムを含む。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、ゲルマニウムを含む。ゲルマニウムの直接バンド・ギャップ・エネルギーは、室温でほぼ０．８ｅＶであり、これは、１５５０ｎｍの波長に対応する。このように、（例えば、第１の半導体領域および第２の半導体領域内に）ゲルマニウムを含む半導体光センサ・デバイスは、シリコンだけを含む（例えば、ゲルマニウムのない）半導体光センサ・デバイスよりも短波長赤外光に対してより敏感である。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ゲート絶縁層１１０は、酸化物層（例えば、ＳｉＯ２、ＧｅＯｘ、ＺｒＯｘ、ＨｆＯｘ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉｘＯｙＮｚ、ＴａｘＯｙ、ＳｒｘＯｙまたはＡｌｘＯｙ）を含む。いくつかの実施形態では、ゲート絶縁層１１０は、酸窒化物層（例えば、ＳｉＯＮ）を含む。いくつかの実施形態では、ゲート絶縁層１１０は、ＨｆＯ２、ＨｆＳｉＯ、またはＡｌ２Ｏ３などの、ハイ−κ誘電体材料を含む。
【００４５】
いくつかの実施形態では、デバイスは、第１の半導体領域１０４の下方に配置された基板絶縁層１０８を含む。基板絶縁層は、ＳｉＯ２、ＧｅＯｘ、ＺｒＯｘ、ＨｆＯｘ、ＳｉｘＮｙ、ＳｉｘＯｙＮｚ、ＴａｘＯｙ、ＳｒｘＯｙおよびＡｌｘＯｙのうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、基板絶縁層１０８は、ハイ−κ誘電体材料を含む。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、基板絶縁層１０８の上をおおって配置されている。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、基板絶縁層１０８と接触している。いくつかの実施形態では、基板絶縁層１０８は、基板１０２（例えば、シリコン基板）の上をおおって配置されている。いくつかの実施形態では、基板絶縁層１０８は、基板１０２と接触している。
【００４６】
いくつかの実施形態では、デバイスは、第２の型（例えば、ｐ型）のドーパントを用いてドープされたゲルマニウムを含む第３の半導体領域１０８を含む。第３の半導体領域１０８は、第１の半導体領域１０４の下方に配置されている。
【００４７】
いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６中の第２の型のドーパントのドーピング濃度は、第３の半導体領域１０８中の第２の型のドーパントのドーピング濃度よりも高い。例えば、第２の半導体領域１０６は、（例えば、１万原子当たり１ドーパント原子以上の濃度の）ｐ＋ドーピングを有し、第３の半導体領域１０８は、（例えば、１億原子当たり１ドーパント原子の濃度の）ｐドーピングを有する。
【００４８】
いくつかの実施形態では、デバイスは、シリコン基板１０２を含む。例えば、第３の半導体領域１０８、第１の半導体領域１０４、および第２の半導体領域１０６は、シリコン基板１０２の上をおおって形成される。
【００４９】
いくつかの実施形態では、ゲート１１２は、多結晶シリコン、非晶質シリコン、炭化ケイ素、および金属のうちの１つまたは複数を含む。いくつかの実施形態では、ゲート１１２は、多結晶ゲルマニウム、非晶質ゲルマニウム、多結晶シリコン、非晶質シリコン、炭化ケイ素、および金属のうちの１つまたは複数から構成される。
【００５０】
いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、ソース１１４からドレイン１１６まで延びる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、ソース１１４からドレイン１１６まで延びる。
【００５２】
いくつかの実施形態では、ゲート絶縁層１１０は、ソース１１４からドレイン１１６まで延びる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、１００ｎｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、１ｎｍと１００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、５ｎｍと５０ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、５０ｎｍと１００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、１０ｎｍと４０ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、１０ｎｍと３０ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、１０ｎｍと２０ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、２０ｎｍと３０ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、３０ｎｍと４００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、４０ｎｍと５０ｎｍとの間の厚さを有する。
【００５４】
いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、１０００ｎｍ未満の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、１ｎｍと１０００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、５ｎｍと５００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、５００ｎｍと１０００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、１０ｎｍと５００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、１０ｎｍと４００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、１０ｎｍと３００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、１０ｎｍと２００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、２０ｎｍと４００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、２０ｎｍと３００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、２０ｎｍと２００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、２０ｎｍと４００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、２０ｎｍと３００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、２０ｎｍと２００ｎｍとの間の厚さを有する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、２０ｎｍと１００ｎｍとの間の厚さを有する。
【００５５】
図１Ａは、平面ＡＡをやはり示し、その上で図１Ｂに図示した図が取られている。
【００５６】
図１Ｂは、いくつかの実施形態による、図１Ａに図示した半導体光センサ・デバイスの部分断面図である。
【００５７】
図１Ｂには、第１の半導体領域１０４、第２の半導体領域１０６、ゲート絶縁層１１０、ゲート１１２、基板絶縁層または第３の半導体領域１０８、および基板１０２が図示されている。簡単のために、これらの要素の説明を、ここでは繰り返さない。
【００５８】
図１Ｂに示したように、第１の半導体領域１０４は、第２の半導体領域１０６の上側部分１２４および下側部分１２６の両者と接触している。第１の半導体領域１０４は、少なくともゲート１１２の下に位置する場所のところで第２の半導体領域１０６の上側部分１２４と接触している。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、少なくともゲート１１２の直下に位置する場所のところで第２の半導体領域１０６の上側部分１２４と接触している。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、第２の半導体領域１０６の上面１２０の少なくとも端部において第２の半導体領域１０６の上面１２０と接触している。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、ゲート１１２の直下の場所のところで第２の半導体領域１０６の上面１２０の少なくとも端部において第２の半導体領域１０６の上面１２０と接触している。
【００５９】
いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、ソース１１４（図１Ａ）からドレイン１１６（図１Ａ）まで延びかつ上面１２０および底面１２２とは異なる第１の側面（例えば、上側部分１２４の側面１２８と下側部分１２６の側面１３０との組合せ）を有する。第２の半導体領域１０６は、ソース１１４（図１Ａ）からドレイン１１６（図１Ａ）まで延びかつ上面１２０および底面１２２とは異なる第２の側面（例えば、上側部分１２４の側面１３２と下側部分１２６の側面１３４との組合せ）を有する。第１の側面および第２の側面は、第２の半導体領域１０６の反対側に位置する。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、第１の側面の一部１２８を介して第２の半導体領域１０６の上側部分１２４と接触している。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、第２の側面の一部１３２を介して第２の半導体領域１０６の上側部分１２４と接触している。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、ゲート１１２の直下の場所のところで第１の側面の一部１２８を介して第２の半導体領域１０６の上側部分１２４と接触しており、そして第１の半導体領域１０４は、ゲート１１２の直下の場所のところで第２の側面の一部１３２を介して第２の半導体領域１０６の上側部分１２４とやはり接触している。
【００６０】
いくつかの実施形態では、上側部分１２４の側面１２８は、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍ、または１０ｎｍよりも薄い厚さを有する。いくつかの実施形態では、上側部分１２４の側面１３２は、１ｎｍ、２ｎｍ、３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、７ｎｍ、８ｎｍ、９ｎｍ、または１０ｎｍよりも薄い厚さを有する。いくつかの実施形態では、上側部分１２４の側面１２８は、下側部分１２６の側面１３０の厚さよりも薄い厚さを有する。いくつかの実施形態では、上側部分１２４の側面１３２は、下側部分１２６の側面１３４の厚さよりも薄い厚さを有する。
【００６１】
図２Ａ〜図２Ｂは、いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスの動作原理を図説するために下記で使用される。しかしながら、図２Ａ〜図２Ｂおよび説明する原理は、特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。
【００６２】
図２Ａは、いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスの動作を図説する模式図である。
【００６３】
図２Ａに図示したデバイスは、図１Ａに図示したデバイスに類似している。簡単のために、図１Ａに関連して上に説明した要素の説明を、ここでは繰り返さない。
【００６４】
図２Ａでは、第１の半導体領域１０４は、ｎ型半導体を用いてドープされる。第２の半導体領域１０６は、ｐ型半導体を用いて高濃度にドープされる。第３の半導体領域１０８は、ｐ型半導体を用いてドープされる。いくつかの実施形態では、第３の半導体領域１０８は、ｐ型半導体を用いて低濃度にドープされる。
【００６５】
電圧ＶＧがゲート１１２に印加されているときに、ポテンシャル井戸２０２が、第２の半導体領域１０６とゲート絶縁層１１０との間に形成される。デバイス（特に、第１の半導体領域１０４）に光をあてているときに、光生成キャリアが発生する。電圧ＶＧがゲート１１２に印加されているときに、光生成キャリアはポテンシャル井戸２０２へ移動する。
【００６６】
図２Ｂは、いくつかの実施形態による、図２Ａに図示した半導体光センサ・デバイスの動作を図説する模式図である。
【００６７】
図２Ｂは、図２Ａに類似している。簡単のために、図１Ｂに関連して上に説明した同じ要素の説明を、ここでは繰り返さない。
【００６８】
図２Ｂには、第２の半導体領域１０６とゲート絶縁層１１０との間に位置するポテンシャル井戸２０２への光生成キャリアの移動経路を示す。光生成キャリアは、第２の半導体領域１０６の側面を通ってポテンシャル井戸２０２へと到達する。いくつかの実施形態では、光生成キャリアの少なくとも一部分は、第２の半導体領域１０６の底面を直接通過してポテンシャル井戸２０２に達する。第２の半導体領域１０６が薄く、かつ第２の半導体領域１０６とポテンシャル井戸２０２との間の障壁が低い（例えば、Ｇｅのバンド・ギャップよりも小さい）という理由で、これは可能である。光生成キャリアが第２の半導体領域１０６の底面を通って移動するときには、キャリア再結合が、第２の半導体領域１０６中で起きることがある。
【００６９】
第１の半導体領域１０４とポテンシャル井戸２０２との間のこの直接接触は、光生成キャリアの第１の半導体領域１０４からポテンシャル井戸２０２への移動を著しく増加させる。このように、量子効率を大きくするために、厚い第１の半導体領域１０４を使用することができ、一方で、オン／オフ信号変調を大きくするために、光生成キャリアは、ポテンシャル井戸２０２へ効果的に輸送される。
【００７０】
光をあてないときに、デバイスは、ある程度のドレイン電流（本明細書においてはＩｏｆｆと呼ばれる）を有するはずである。しかしながら、デバイスに光をあてると、光生成キャリアは、ドレイン電流を変調する（例えば、ドレイン電流は、Ｉｏｎまで増加する）。
【００７１】
図３は、いくつかの実施形態による例示的なバンド図を図説する。図３が半導体光センサ・デバイスの動作原理を図説するために使用されるとはいえ、図３および説明する原理は、特許請求の範囲の範囲を限定するものではない。
【００７２】
図３のバンド図は、半導体光センサ・デバイスのゲートから半導体光センサ・デバイスの基板までの電子のエネルギー・レベルを表す。
【００７３】
ＧＣＭＤを、チャネルの周りに接続された小さなキャパシタンスおよび大きなキャパシタンスを有するように表すことができる。
【００７４】
バンド図（ａ）は、デバイスがオフ状態であることを表す。
【００７５】
バンド図（ｂ）は、入射光が基板領域内で吸収され、キャリアが小さなキャパシタンス内で光生成されることを表す。埋め込み正孔チャネルおよび基板内で擬フェルミ準位スプリットがある。
【００７６】
バンド図（ｃ）は、低キャパシタンス領域からの光生成キャリアが、適正なゲート・バイアスで自動的に大きなキャパシタンス領域（酸化物−表面界面）へと搬送されることを表す。酸化物−表面界面に搬送された光生成キャリアは、ソース／ドレインと埋め込み正孔チャネルとの間のバンド・ベンディングを減少させ、結局はドレイン電流を増加させる。
【００７７】
入射光のあるチャネルのバンドは、低いゲート電圧でのバンドに類似しており、これがバンド図（ｄ）に表されている。
【００７８】
図４Ａおよび図４Ｂは、半導体光センサ・デバイスのシングル・チャネル構成およびマルチ・チャネル構成を図示する模式図である。図４Ａおよび図４Ｂの模式図は、半導体光センサ・デバイスを上から下に見た図に基づいている。しかしながら、様々な要素の相対的なサイズおよび位置を表すために、図４Ａおよび図４Ｂの模式図を使用すること、および図４Ａおよび図４Ｂの模式図が断面図ではないことに留意すべきである。
【００７９】
図４Ａは、いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスのシングル・チャネル構成を図示する模式図である。
【００８０】
図４Ａは、デバイスがゲート４０６、ソース４０２、およびドレイン４０４を有することを図示する。デバイスは、ソース４０２からドレイン４０４まで延びるチャネル４１２をやはり含む。チャネル４１２は、典型的には第２の半導体領域によって画定される。例えば、チャネル４１２の形状は、第２の半導体領域を形成する際のイオン注入のパターンによって画定される。ソース４０２は、チャネル４１２との複数のコンタクト４０８を有し、ドレイン４０４は、チャネル４１２との複数のコンタクト４１０を有する。
【００８１】
図４Ｂは、いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスのマルチ・チャネル構成を図示する模式図である。
【００８２】
図４Ｂは、デバイスがソース４０２とドレイン４０４との間に複数のチャネル４１４を有することを除いて図４Ａに類似している。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域は、ソース４０２とドレイン４０４との間に複数のチャネル４１４を画定する。図４Ｂの各チャネル４１４は、ソース４０２の１つのコンタクト４０８とドレイン４０４の１つのコンタクト４１０とを接続する。このように、図４Ｂにおけるチャネル４１４の幅は、図４Ａにおけるチャネル４１２の幅よりも狭い。チャネルの狭くなった幅は、デバイスの大きなキャパシタンス領域（例えば、第２の半導体領域とゲート絶縁層との界面）への光生成キャリアの搬送を容易にすると考えられている。
【００８３】
図５は、いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスの部分断面図である。
【００８４】
図５は、複数の半導体光センサ・デバイス（例えば、デバイス５０２−１および５０２−２）が共通基板上に形成されていることを図示する。複数のデバイスは、センサ・アレイを形成する。図５が２つの半導体光センサ・デバイスを図示しているけれども、センサ・アレイは、２つよりも多くの半導体光センサ・デバイスを含むことができる。いくつかの実施形態では、センサ・アレイは、半導体光センサ・デバイスの二次元アレイを含む。
【００８５】
図５は、ビア５０６がデバイス５０２−１および５０２−２のゲート１１２、ソース、およびドレインを接続するために形成されることをやはり図示する。
【００８６】
いくつかの実施形態では、複数のデバイス（例えば、デバイス５０２−１および５０２−２）は、共通平面上に第１の半導体領域１０４を有する。いくつかの実施形態では、複数のデバイスの第１の半導体領域１０４は、（例えば、第１の半導体領域１０４のエピタキシャル成長を使用して）同時に形成される。
【００８７】
いくつかの実施形態では、複数のデバイス（例えば、デバイス５０２−１および５０２−２）は、共通平面上に第２の半導体領域１０６を有する。いくつかの実施形態では、複数のデバイスの第２の半導体領域１０６は、（例えば、イオン注入を使用して）同時に形成される。
【００８８】
いくつかの実施形態では、複数のデバイス（例えば、デバイス５０２−１および５０２−２）は、共通平面上に第３の半導体領域１０８を有する。いくつかの実施形態では、複数のデバイスの第３の半導体領域１０８は、（例えば、ゲルマニウム・アイランドのエピタキシャル成長を使用して）同時に形成される。
【００８９】
いくつかの実施形態では、複数のデバイスは、１つまたは複数のトレンチによって分離されている。例えば、デバイス５０２−１およびデバイス５０２−２は、トレンチによって分離されている。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のトレンチは、絶縁体で埋められている。いくつかの実施形態では、トレンチは、シャロー・トレンチ・アイソレータである。
【００９０】
いくつかの実施形態では、複数のデバイスは、共通シリコン基板１０２上に形成された別々のゲルマニウム・アイランド上に配置されている。例えば、いくつかの実施形態では、第３の半導体領域１０８（例えば、ゲルマニウム・アイランド）は、基板１０２上に形成され、そしてデバイス５０２−１および５０２−２の残りは、第３の半導体領域１０８の上をおおって形成される。
【００９１】
いくつかの実施形態では、センサ・アレイは、複数のデバイスの上をおおうパッシベーション層を含む。例えば、パッシベーション層５０４は、図５のデバイス５０２−１および５０２−２の上をおおって配置されている。
【００９２】
いくつかの実施形態では、センサ・アレイは、複数のデバイスの間にパッシベーション層５０４を含む。例えば、パッシベーション層５０４は、図５のデバイス５０２−１および５０２−２の間に配置されている。
【００９３】
図６は、いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路を図示する。
【００９４】
センサ回路は、光検知素子６０２を含む。光検知素子６０２は、ソース端子、ゲート端子、ドレイン端子、およびボディ端子を有する。センサ回路は、ソース端子、ゲート端子、およびドレイン端子を有する選択トランジスタ６０４をやはり含む。いくつかの実施形態では、選択トランジスタ６０４のドレイン端子は、光検知素子６０２のソース端子と（例えば、点６０６のところで）電気的につなげられている。いくつかの実施形態では、選択トランジスタ６０４のソース端子は、光検知素子６０２のドレイン端子と（例えば、点６０６のところで）電気的につなげられている。
【００９５】
いくつかの実施形態では、光検知素子は、ＧＣＭＤ（例えば、デバイス１００、図１Ａ）である。
【００９６】
いくつかの実施形態では、選択トランジスタ６０４のソース端子またはドレイン端子に電気的につなげられていない光検知素子６０２のソース端子またはドレイン端子は、グランドに接続される。例えば、Ｖ２がグランドに接続される。
【００９７】
いくつかの実施形態では、選択トランジスタ６０４のソース端子またはドレイン端子に電気的につなげられている光検知素子６０２のソース端子またはドレイン端子は、グランドに接続されない。例えば、点６０６はグランドに接続されない。
【００９８】
いくつかの実施形態では、選択トランジスタ６０４のソース端子またはドレイン端子に電気的につなげられていない光検知素子６０２のソース端子またはドレイン端子は、第１の電圧源に電気的につなげられている。例えば、Ｖ２は、第１の電圧源に接続される。
【００９９】
いくつかの実施形態では、第１の電圧源は、グランドとは異なる電圧などの、第１の一定電圧を供給する。
【０１００】
いくつかの実施形態では、光検知素子６２０のソース端子またはドレイン端子に電気的につなげられていない選択トランジスタ６０４のソース端子またはドレイン端子は、第２の電圧源に電気的につなげられている。例えば、Ｖ１は、第２の電圧源に接続される。いくつかの実施形態では、第２の電圧源は、第２の一定電圧を供給する。
【０１０１】
いくつかの実施形態では、センサ回路は、２つのトランジスタを含むに過ぎず、２つのトランジスタは、選択トランジスタ６０４を含む。いくつかの実施形態では、センサ回路は、光検知素子のゲートに電気的につなげられているゲート制御トランジスタをやはり含む。
【０１０２】
いくつかの実施形態では、センサ回路は、１つのトランジスタを含むに過ぎず、１つのトランジスタは、選択トランジスタ６０４である。
【０１０３】
図６のセンサ回路は、１トランジスタ・モディファイド・アクティブ・ピクセル・センサ（１Ｔ−ＭＡＰＳ）とここでは呼ばれ、その理由は、センサ回路が１つのトランジスタおよびモディファイド・アクティブ・ピクセル・センサを含むためである。１Ｔ−ＭＡＰＳと３トランジスタ・アクティブ・ピクセル・センサ（３Ｔ−ＡＰＳ）と呼ばれる従来型のセンサ回路との間の相違を、図７Ａ〜図７Ｂに関連して下記に説明する。
【０１０４】
図７Ａは、いくつかの実施形態による例示的な３Ｔ−ＡＰＳ回路を図示する。
【０１０５】
３Ｔ−ＡＰＳ回路は、光検知素子（例えば、フォトダイオード）および３つのトランジスタ：リセット・トランジスタＭｒｓｔ、ソース・フォロア・トランジスタＭｓｆ、および選択トランジスタＭｓｅｌを含む。
【０１０６】
リセット・トランジスタＭｒｓｔは、リセット・スイッチとして働く。例えば、Ｍｒｓｔは、ゲート信号ＲＳＴを受け取り、このゲート信号は、光検知素子をリセットするためにリセット電圧、Ｖｒｓｔが光検知素子に供給されることを可能にする。
【０１０７】
ソース・フォロア・トランジスタＭｓｆは、バッファとして機能する。例えば、Ｍｓｆは、光検知素子から入力（例えば、電圧入力）を受け取り、この入力は、高電圧Ｖｄｄが選択トランジスタＭｓｅｌのソースに出力されることを可能にする。
【０１０８】
選択トランジスタＭｓｅｌは、読出しスイッチとして働く。例えば、Ｍｓｅｌは、行選択信号ＲＯＷを受け取り、この行選択信号は、ソース・フォロア・トランジスタＭｓｆからの出力が列ラインに供給されることを可能にする。
【０１０９】
図７Ｂは、いくつかの実施形態による例示的な１Ｔ−ＭＡＰＳ回路を図示する。
【０１１０】
図６に関連して上に説明したように、１Ｔ−ＭＡＰＳ回路は、１つの光検知素子（例えば、ＧＣＭＤ）および１つのトランジスタ、すなわち、選択トランジスタＭｓｅｌを含む。
【０１１１】
選択トランジスタＭｓｅｌは、行選択信号ＲＯＷを受け取り、この行選択信号は、列ラインからの電流が光検知素子の入力へと流れることを可能にする。あるいは、選択トランジスタＭｓｅｌに与えられる行選択信号ＲＯＷは、光検知素子からの電流が列ラインへと流れることを可能にする。いくつかの実施形態では、列ラインは、一定電圧に設定されている。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、１Ｔ−ＭＡＰＳ回路は、リセット・スイッチを必要としない、その理由は、ＧＣＭＤに蓄えられた光生成キャリアが短時間（例えば、０．１秒）で消失するためである。
【０１１３】
図７Ａに図示した３Ｔ−ＡＰＳ回路と図７Ｂに図示した１Ｔ−ＭＡＰＳ回路との比較は、１Ｔ−ＭＡＰＳ回路が３Ｔ−ＡＰＳ回路よりもはるかに小さなサイズを有することを示す。このように、１Ｔ−ＭＡＰＳ回路は、同じ材料から作られた３Ｔ−ＡＰＳ回路よりもさらにコスト面で有利である。加えて、小さなサイズのお蔭で、より多くの１Ｔ−ＭＡＰＳ回路を、３Ｔ−ＡＰＳ回路よりもダイの同じ面積に設置することができ、これによってダイ上のピクセルの数を増加させる。
【０１１４】
図８Ａ〜図８Ｈは、いくつかの実施形態による例示的なセンサ回路を図示する。図８Ａ〜図８Ｈでは、スイッチ記号は、選択トランジスタを表す。
【０１１５】
図８Ａ〜図８Ｄは、ＰＭＯＳ型ＧＣＭＤを含む例示的なセンサ回路を図示する。
【０１１６】
図８Ａでは、ＧＣＭＤのゲートが、グランドＶＧに接続され、ＧＣＭＤのドレインが、低圧電圧源Ｖ１（例えば、グランド）に接続される。ＧＣＭＤのソースが、スイッチ（または選択トランジスタ）に接続され、このスイッチが、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ２に接続される。いくつかの実施形態では、ボディが、高圧電圧源ＶＤＤに接続される。
【０１１７】
図８Ｂでは、ＧＣＭＤのゲートが、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ１に接続され、ＧＣＭＤのドレインが、低圧電圧源Ｖ１（例えば、グランド）に接続される。ＧＣＭＤのソースが、スイッチ（または選択トランジスタ）に接続され、スイッチが、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ２に接続される。いくつかの実施形態では、ボディが、高圧電圧源ＶＤＤに接続される。
【０１１８】
図８Ｃでは、ＧＣＭＤのゲートが、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ１に接続され、ＧＣＭＤのソースが、高圧電圧源ＶＤＤに接続される。ＧＣＭＤのドレインが、スイッチ（または選択トランジスタ）に接続され、このスイッチが、一定電圧、Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ２に接続される。いくつかの実施形態では、ボディが、高圧電圧源ＶＤＤ２に接続される。
【０１１９】
図８Ｄでは、ＧＣＭＤのゲートが、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ１に接続され、ＧＣＭＤのソースが、高圧電圧源ＶＤＤに接続される。ＧＣＭＤのドレインが、スイッチ（または選択トランジスタ）に接続され、このスイッチが、可変電圧、Ｖｖａｒｉａｂｌｅに接続される。いくつかの実施形態では、ボディが、高圧電圧源ＶＤＤ２に接続される。
【０１２０】
図８Ｅ〜図８Ｈは、ＮＭＯＳ型ＧＣＭＤを含む例示的なセンサ回路を図示する。
【０１２１】
図８Ｅでは、ＧＣＭＤのゲートおよびドレインが、高圧電圧源ＶＤＤに接続される。ＧＣＭＤのソースが、スイッチ（または選択トランジスタ）に接続され、このスイッチが、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ２に接続される。いくつかの実施形態では、ボディが、グランドに接続される。
【０１２２】
図８Ｆでは、ＧＣＭＤのゲートが、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ１に接続され、ＧＣＭＤのドレインが、高圧電圧源ＶＤＤに接続される。ＧＣＭＤのソースが、スイッチ（または選択トランジスタ）に接続され、このスイッチが、一定電圧、Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ２に接続される。いくつかの実施形態では、ボディが、グランドに接続される。
【０１２３】
図８Ｇでは、ＧＣＭＤのゲートが、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ１に接続され、ＧＣＭＤのソースが、グランドに接続される。ＧＣＭＤのドレインが、スイッチ（または選択トランジスタ）に接続され、このスイッチが、一定電圧、Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ２に接続される。いくつかの実施形態では、ボディが、グランドに接続される。
【０１２４】
図８Ｈでは、ＧＣＭＤのゲートが、一定電圧Ｖｃｏｎｓｔａｎｔ１に接続され、ＧＣＭＤのソースが、グランドに接続される。ＧＣＭＤのドレインが、スイッチ（または選択トランジスタ）に接続され、このスイッチが、可変電圧、Ｖｖａｒｉａｂｌｅに接続される。いくつかの実施形態では、ボディが、グランドに接続される。
【０１２５】
図８Ａ〜図８Ｈでは、ＧＣＭＤ内のドレイン電流は、ＧＣＭＤに光があたっているかどうかに応じて変化する。このように、いくつかの実施形態では、ＧＣＭＤは、ＧＣＭＤに光があたっているときにＩｏｎを供給し、ＧＣＭＤに光があたっていないときにＩｏｆｆを供給する電流源としてモデル化される。
【０１２６】
図９Ａ〜図９Ｃは、いくつかの実施形態による例示的なコンバータ回路を図示する。
【０１２７】
図９Ａは、いくつかの実施形態による例示的なコンバータ回路９０２を図示する。
【０１２８】
コンバータ回路９０２は、第１のトランスインピーダンス増幅器９０４（例えば、演算増幅器）を含み、これは、第１のセンサ回路（例えば、図６のセンサ回路）の選択トランジスタのソース端子またはドレイン端子に電気的につなげられた入力端子（例えば、ＧＣＭＤなどの、光検知素子からＩＧＣＭＤを受け取る入力端子）を有し、第１のセンサ回路は、光検知素子のソース端子またはドレイン端子（例えば、図６において電圧Ｖ１を有する端子）に電気的につなげられていない。第１のトランスインピーダンス増幅器９０４は、光検知素子からの電流入力（例えば、ＩＧＣＭＤ）を電圧出力（例えば、Ｖｔａｍｐ）へと変換するように構成されている。
【０１２９】
コンバータ回路９０２は、２つの入力端子を有する差動増幅器９０６をやはり含む。２つの入力端子のうちの第１の入力端子は、第１のトランスインピーダンス増幅器９０４の電圧出力（例えば、Ｖｔａｍｐ）に電気的につなげられ、２つの入力端子のうちの第２の入力端子は、光検知素子によって供給されるベース電流に対応する電圧（例えば、ＶＢＡＳＥ）を供給するように構成されている電圧源に電気的につなげられている。差動増幅器は、電圧出力（例えば、Ｖｔａｍｐ）と電圧源によって供給される電圧（例えば、ＶＢＡＳＥ）との間の電圧差に基づいて電圧（例えば、Ｖｄａｍｐ）を出力するように構成されている。いくつかの実施形態では、差動増幅器９０６は、演算増幅器を含む。いくつかの実施形態では、差動増幅器９０６は、トランジスタ長後尾対（ｌｏｎｇ  ｔａｉｌｅｄ  ｐａｉｒ）を含む。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、コンバータ回路９２２は、差動増幅器９０６の出力（例えば、Ｖｔａｍｐ）に電気的につなげられたアナログ−ディジタル・コンバータ９０８を含み、このアナログ−ディジタル・コンバータは、差動増幅器９０６の出力（例えば、電圧出力）（例えば、Ｖｔａｍｐ）をディジタル信号へと変換するように構成される。
【０１３１】
図９Ｂは、いくつかの実施形態による例示的なコンバータ回路９１２を図示する。コンバータ回路９１２は、図９Ａに図示したコンバータ回路９０２に類似している。図９Ａに関連して説明した特徴のいくつかは、コンバータ回路９１２にも当てはまり得る。簡単のために、このような特徴の説明を、ここでは繰り返さない。
【０１３２】
図９Ｂは、いくつかの実施形態では、コンバータ回路９１２内の第１のトランスインピーダンス増幅器９０４が演算増幅器９１０を含むことを図示している。演算増幅器９１０は、第１のセンサ回路の選択トランジスタのソース端子またはドレイン端子（例えば、図６において電圧Ｖ１を有する端子）に電気的につなげられている非反転入力端子を有する。演算増幅器９１０は、基準電圧ＶＲＥＦを供給する基準電圧源に電気的につなげられている反転入力端子をやはり有する。演算増幅器９１０は、出力端子を有し、抵抗値Ｒを有する抵抗器は、抵抗器の第１の端部で非反転端子に、そして抵抗器の第１の端部に対して反対側である第２の端部で出力端子に電気的につなげられている。
【０１３３】
動作では、電圧出力Ｖｔａｍｐは、次のように決定される：
Ｖｔａｍｐ＝ＶＲＥＦ＋Ｒ・ＩＧＣＭＤ
さらにその上、ＧＣＭＤからの電流を、次のようにモデル化することができる：
ＩＧＣＭＤ＝Ｉｏｆｆ            （光なし）
ＩＧＣＭＤ＝ＩΔ＋Ｉｏｆｆ      （光）
いくつかの実施形態では、ベース電流は、光検知素子が実質的に光を受けていないときに、光検知素子によって供給される電流（例えば、Ｉｏｆｆ）に対応する。Ｉｏｆｆが第１のトランスインピーダンス増幅器９０４によって変換されると、対応する電圧ＶＢＡＳＥは、次のように決定される：
ＶＢＡＳＥ＝ＶＲＥＦ＋Ｒ・Ｉｏｆｆ
その時には、ＶｔａｍｐとＶＢＡＳＥとの間の電圧差は、次の通りである：
Ｖｔａｍｐ−ＶＢＡＳＥ＝Ｒ・ＩΔ
差動増幅器９０６の電圧出力Ｖｄａｍｐは、次の通りである：
Ｖｄａｍｐ＝Ａ・Ｒ・ＩΔ
ここで、Ａは、差動増幅器９０６の差動利得である。いくつかの実施形態では、差動利得は、１、２、３、５、１０、２０、５０、および１００のうちの１つである。
【０１３４】
図９Ｂは、いくつかの実施形態では、電圧源がディジタル−アナログ・コンバータ（ＤＡＣ）９１６であることをやはり図示する。例えば、ＤＡＣ９１６は、ＶＢＡＳＥを供給するように構成されている。
【０１３５】
図９Ｃは、いくつかの実施形態による例示的なコンバータ回路９２２を図示する。コンバータ回路９２２は、図９Ａに図示したコンバータ回路９０２および図９Ｂに図示したコンバータ回路９１２に類似している。図９Ａおよび図９Ｂに関連して説明した特徴のいくつかは、コンバータ回路９２２にも当てはまり得る。例えば、いくつかの実施形態では、コンバータ回路９２２は、ディジタル−アナログ・コンバータ９１６を含む。いくつかの実施形態では、第１のトランスインピーダンス増幅器９０４は、演算増幅器９１０を含む。簡単のために、このような特徴の説明を、ここでは繰り返さない。
【０１３６】
図９Ｃは、（ＶＢＡＳＥを供給する）電圧源が、第１のセンサ回路とは異なる第２のセンサ回路に電気的につなげられた入力端子を有する第２のトランスインピーダンス増幅器９１４であることを図示する。いくつかの実施形態では、第２のトランスインピーダンス増幅器９１４の入力端子は、第２のセンサ回路の選択トランジスタのソース端子またはドレイン端子に電気的につなげられている。いくつかの実施形態では、第２のセンサ回路の光検知素子は、光学的におおわれ、その結果、第２のセンサ回路の光検知素子は、光を受けることを妨げられている。このように、第２のセンサ回路は、第２のトランスインピーダンス増幅器９１４へＩｏｆｆを供給する。第２のトランスインピーダンス増幅器９１４は、ＩｏｆｆをＶＢＡＳＥへ変換する。いくつかの実施形態では、第２のトランスインピーダンス増幅器９１４は、演算増幅器を含む。
【０１３７】
いくつかの実施形態では、第１のトランスインピーダンス増幅器９０４は、マルチプレクサを介して複数のセンサ回路のそれぞれのセンサ回路に電気的につなげられるように構成されている。例えば、コンバータ回路９２２は、マルチプレクサ９１６につなげられている。マルチプレクサは、列アドレスを受け取って、複数の列ラインのうちの１つを選択する。各列ラインは、各々がＲＯＷ信号を受け取る選択トランジスタを有する複数のセンサ回路につなげられている。このように、列アドレスおよびＲＯＷ信号に基づいて、センサ回路の二次元アレイ内の１つのセンサ回路が選択され、選択されたセンサ回路からの電流出力が、マルチプレクサ９１６を介して第１のトランスインピーダンス増幅器９０４へ供給される。
【０１３８】
図９Ａ〜図９Ｃが選択した実施形態を図示するとはいえ、コンバータ回路は、図９Ａ〜図９Ｃにおいて説明した特徴のサブセットを含むことができる（例えば、コンバータ回路９２２を、第２のトランスインピーダンス増幅器９１４なしにマルチプレクサ９１６につなげることができる）ことに留意されたい。いくつかの実施形態では、コンバータ回路は、図９Ａ〜図９Ｃに関して説明しなかったさらなる特徴を含む。
【０１３９】
図１０は、いくつかの実施形態による例示的な画像センサ・デバイスを図示する。
【０１４０】
いくつかの実施形態によれば、画像センサ・デバイスは、センサのアレイを含む。センサのアレイ内のそれぞれのセンサは、センサ回路（例えば、図８Ａ〜図８Ｈ）を含む。
【０１４１】
いくつかの実施形態では、画像センサ・デバイスは、コンバータ回路（例えば、図９Ａ〜図９Ｃ）を含む。
【０１４２】
いくつかの実施形態では、センサのアレイは、センサの複数の行を含む（例えば、センサの少なくとも２つの行が、図１０には図示されている）。それぞれの行内のセンサに関して、選択トランジスタのゲート端子は、共通選択ラインに電気的につなげられている。例えば、図１０に示したように、上の行のセンサ回路のゲート端子は、同じ信号ラインに電気的につなげられている。
【０１４３】
いくつかの実施形態では、センサのアレイは、センサの複数の列を含む（例えば、センサの少なくとも３つの列が、図１０には図示されている）。それぞれの列内のセンサに関して、選択トランジスタのソース端子またはドレイン端子のうちの一方（すなわち、選択トランジスタのソース端子または選択トランジスタのドレイン端子のいずれか）は、共通列ラインに電気的につなげられている。例えば、図１０に示したように、センサの左列内の選択トランジスタのドレイン端子は、同じ列ラインに電気的につなげられている。
【０１４４】
図１１Ａ〜図１１Ｅは、いくつかの実施形態による半導体光センサ・デバイスを作成するための例示的な方法を図示する。
【０１４５】
図１１Ａは、半導体光センサ・デバイスを形成するステップを図示し、シリコン基板１０２上に第３の半導体領域１０８を形成するステップを含む。いくつかの実施形態では、第３の半導体領域１０８は、基板１０２上にエピタキシャル成長される。
【０１４６】
図１１Ｂは、シリコン基板１０２の上方に、第１の型のドーパントを用いてドープされた第１の半導体領域１０４を形成するステップを図示する。
【０１４７】
いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、第１の半導体領域１０４をエピタキシャル成長させることによって形成される。
【０１４８】
いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、第１の半導体領域１０４を成長させている間に、第１の型（例えば、ｎ型）のドーパントを用いてその場でドープされる。
【０１４９】
いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、イオン注入プロセスまたは気相拡散プロセスを使用して第１の型（例えば、ｎ型）のドーパントを用いてドープされる。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、イオン注入プロセスを使用して第１の型（例えば、ｎ型）のドーパントを用いてドープされる。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４は、気相拡散プロセスを使用して第１の型（例えば、ｎ型）のドーパントを用いてドープされる。
【０１５０】
図１１Ｃは、シリコン基板１０２の上方に、第２の型のドーパントを用いてドープされた第２の半導体領域１０６を形成するステップを図示する。第２の半導体領域１０６は、第１の半導体領域１０４の上方に配置されている。第１の型（例えば、ｎ型）は、第２の型（例えば、ｐ型）とは異なる。
【０１５１】
いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、第２の半導体領域１０６をエピタキシャル成長させることによって形成される。
【０１５２】
いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、第２の半導体領域１０６を成長させている間に、第２の型（例えば、ｐ型、特にｐ＋）のドーパントを用いてその場でドープされる。
【０１５３】
いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、イオン注入プロセスまたは気相拡散プロセスを使用して第２の型（例えば、ｐ型、特にｐ＋）のドーパントを用いてドープされる。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、イオン注入プロセスを使用して第２の型（例えば、ｐ型、特にｐ＋）のドーパントを用いてドープされる。いくつかの実施形態では、第２の半導体領域１０６は、気相拡散プロセスを使用して第２の型（例えば、ｐ型、特にｐ＋）のドーパントを用いてドープされる。
【０１５４】
いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４がイオン注入プロセスまたは気相拡散プロセスを使用して第１の型のドーパントを用いてドープされた後で、第２の半導体領域１０６は、イオン注入プロセスを使用して第２の型（例えば、ｐ型、特にｐ＋）のドーパントを用いてドープされる。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４がイオン注入プロセスを使用して第１の型のドーパントを用いてドープされた後で、第２の半導体領域１０６は、イオン注入プロセスを使用して第２の型（例えば、ｐ型、特にｐ＋）のドーパントを用いてドープされる。いくつかの実施形態では、第１の半導体領域１０４が気相拡散プロセスを使用して第１の型のドーパントを用いてドープされた後で、第２の半導体領域１０６は、イオン注入プロセスを使用して第２の型（例えば、ｐ型、特にｐ＋）のドーパントを用いてドープされる。
【０１５５】
図１１Ｄは、第２の半導体領域１０６の上方にゲート絶縁層１１０を形成するステップを図示する。第２の半導体領域１０６の１つまたは複数の部分は、ソースおよびドレインを画定するようにゲート絶縁層１１０から露出される。例えば、ゲート絶縁層１１０は、ソースおよびドレインを露出させるために（例えば、マスクを使用して）パターン・エッチされる。
【０１５６】
図１Ａおよび図１Ｂに関連して説明したように、第２の半導体領域１０６は、ゲート絶縁層１１０に面している上面を有する。第２の半導体領域１０６は、第２の半導体領域１０６の上面に対して反対側である底面を有する。第２の半導体領域１０６は、第２の半導体領域１０６の上面を含む上側部分を有する。第２の半導体領域１０６は、第２の半導体領域１０６の底面を含み、かつ上側部分とは相互に排他的である下側部分を有する。第１の半導体領域１０４は、第２の半導体領域１０６の上側部分および下側部分の両者と接触している。第１の半導体領域１０４は、少なくともゲート１１２の下に位置する場所のところで第２の半導体領域１０６の上側部分と接触している。
【０１５７】
図１１Ｅは、ゲート絶縁層１１０の上方に配置されたゲート１１２を形成するステップを図示する。
【０１５８】
いくつかの実施形態では、センサ・アレイを形成する方法は、共通シリコン基板上に複数のデバイスを同時に形成するステップを含む。例えば、複数のデバイスの第３の半導体領域を、単一のエピタキシャル成長プロセスにおいて同時に形成することができる。引き続いて、複数のデバイスの第１の半導体領域を、単一のエピタキシャル成長プロセスにおいて同時に形成することができる。その後で、複数のデバイスの第２の半導体領域を、単一のイオン注入プロセスにおいて同時に形成することができる。同様に、複数のデバイスのゲート絶縁層を同時に形成することができ、そして複数のデバイスのゲートを同時に形成することができる。
【０１５９】
いくつかの実施形態によれば、光を検知するための方法は、光検知素子（例えば、図６のＧＣＭＤ）を光にあてるステップを含む。
【０１６０】
方法は、（例えば、選択トランジスタ６０４（図６）に一定電圧Ｖ１を印加し、かつＶＲを印加することによって）光検知素子のソース端子に一定電圧を供給するステップをやはり含む。ＧＣＭＤ上の光の強度に基づいて、ＧＣＭＤのドレイン電流は変化する。
【０１６１】
いくつかの実施形態では、方法は、光検知素子（例えば、ＧＣＭＤ）のドレイン電流に基づいて光の強度を決定するステップを含む。ドレイン電流の変化は、光が光検知素子によって検出されているかどうかを示す。
【０１６２】
いくつかの実施形態では、ドレイン電流を測定するステップは、ドレイン電流を電圧信号に変換するステップ（例えば、ドレイン電流ＩＧＣＭＤをＶｔａｍｐに変換するステップ、図９Ａ）を含む。
【０１６３】
いくつかの実施形態では、ドレイン電流を電圧信号に変換するステップは、ドレイン電流を電圧信号に変換するために、トランスインピーダンス増幅器（例えば、トランスインピーダンス増幅器９０４、図９Ａ）を使用するステップを含む。
【０１６４】
いくつかの実施形態では、ドレイン電流を測定するステップは、本明細書において説明したいずれかのコンバータ回路（例えば、図９Ａ〜図９Ｃ）を使用するステップを含む。
【０１６５】
いくつかの実施形態では、方法は、センサ回路の選択トランジスタ（例えば、選択トランジスタ６０４、図６）を起動させるステップを含む。選択トランジスタを起動させるステップは、ドレイン電流が選択トランジスタを通って流れることを可能にし、これによって、ドレイン電流の測定を可能にする。
【０１６６】
いくつかの実施形態では、一定電圧が、光検知素子を光にあてる前に光検知素子のソース端子に供給される。例えば、図６では、選択トランジスタ６０４は、光検知素子６０２を光にあてる前に起動される。
【０１６７】
いくつかの実施形態では、一定電圧が、光検知素子を光にあてるステップに引き続いて、光検知素子のソース端子に供給される。例えば、図６では、選択トランジスタ６０４は、光検知素子６０２を光にあてた後で起動される。
【０１６８】
いくつかの実施形態によれば、光学画像を検出するための方法は、本明細書（例えば、図１０）において説明したいずれかのセンサのアレイを光のパターンにあてるステップを含む。
【０１６９】
方法は、センサのアレイ内のそれぞれのセンサの光検知素子に対して、それぞれの画像センサの光検知素子のソース端子にそれぞれ電圧を供給するステップをやはり含む。例えば、それぞれのセンサの選択トランジスタ（例えば、選択トランジスタ６０４、図６）を起動させて、それぞれ電圧を供給し、これによってそれぞれのセンサのドレイン電流の測定を可能にする。
【０１７０】
方法は、光検知素子（例えば、光検知素子６０２）のドレイン電流を測定するステップをさらに含む。
【０１７１】
いくつかの実施形態では、センサのアレイ内の光検知素子のソース端子は、それぞれ電圧を同時に受け取る。例えば、それぞれの電圧は、複数の光検知素子の同時の読出しのために、複数の光検知素子（例えば、同じ行内の光検知素子）に同時に印加される。
【０１７２】
いくつかの実施形態では、センサのアレイ内の光検知素子のソース端子は、それぞれの電圧を連続的に受け取る。例えば、それぞれの電圧は、複数の光検知素子の連続的な読出しのために、複数の光検知素子（例えば、同じ列内の光検知素子）に連続に印加される。
【０１７３】
いくつかの実施形態では、センサのアレイ内の光検知素子のソース端子は、同じ電圧を受け取る。
【０１７４】
いくつかの実施形態では、センサのアレイ内の光検知素子のドレイン電流は、バッチで測定される。例えば、同じ行内の光検知素子のドレイン電流は、バッチで（例えば、セットとして）測定される。
【０１７５】
いくつかの実施形態では、センサのアレイ内の光検知素子のドレイン電流は、同時に測定される。例えば、同じ行内の光検知素子のドレイン電流は、同時に測定される。
【０１７６】
いくつかの実施形態では、センサのアレイ内の光検知素子のドレイン電流は、連続的に測定される。例えば、同じ列内の光検知素子のドレイン電流は、同時に測定される。
【０１７７】
図１２Ａ〜図１２Ｅは、いくつかの実施形態による分光装置を図示する。
【０１７８】
図１２Ａ〜図１２Ｅでは、分光装置は、可視波長成分（例えば、６００ｎｍなどの可視波長を有する光）および短波長赤外波長成分（例えば、１５００ｎｍなどの短波長赤外波長を有する光）を含む光を受けるための入力アパーチャ１１０６を含む。いくつかの実施形態では、入力アパーチャ１１０６により受光した光は、（例えば、６００ｎｍから１５００ｎｍまでの光）の可視波長から短波長赤外波長までの範囲にわたる連続するスペクトルを有する。いくつかの実施形態では、入力アパーチャ１１０６により受光した光は、１つもしくは複数の可視波長および／または１つもしくは複数の短波長赤外波長の別々のピークを有する。いくつかの実施形態では、入力アパーチャ１１０６は、入力アパーチャ上で受光した光の透過を遮るようにコーティングされた基板の第１の部分および入力アパーチャ上で受光した光の少なくとも一部分の透過を可能にするように構成された基板の、第１の部分とは異なる第２の部分（例えば、第２の部分は、第１の部分とは重ならない）を有する基板を含む。いくつかの実施形態では、入力アパーチャ１１０６は、ガラス基板を含む。いくつかの実施形態では、入力アパーチャ１１０６は、サファイア基板を含む。いくつかの実施形態では、入力アパーチャ１１０６は、可視光および短波長赤外光に対して光学的に透明であるプラスチック基板（例えば、ポリカーボネート基板）を含む。いくつかの実施形態では、コーティングは、入ってくる光（例えば、試料または対象物体からの光）に面する基板の表面上に位置する。いくつかの実施形態では、コーティングは、入ってくる光から遠くに面する基板の表面上に位置する。いくつかの実施形態では、入力アパーチャ１１０６は、直線的なアパーチャ（例えば、入射スリット）である。入力アパーチャ１１０６は、可視波長成分および短波長赤外波長成分の両方を透過するように構成される。例えば、入力アパーチャ１１０６は、可視波長成分および短波長赤外波長成分の両方に透明である（例えば、入力アパーチャ１１０６は、可視波長範囲および短波長赤外波長範囲で少なくとも６０％の透過率を有する）。いくつかの実施形態では、入力アパーチャ１１０６は、特定の波長範囲の光の透過を減少させるように構成される（例えば、入力アパーチャ１１０６は、紫外光の透過を減少させるように構成される）。
【０１７９】
分光装置は、入力アパーチャからの光を中継するように構成された１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７をやはり含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７は、入力アパーチャからの光をコリメートするように構成される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７は、可視波長および短波長赤外波長における１つまたは複数の収差（例えば、色収差）を減少させるように構成される複層レンズを含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７は、三層レンズまたは多数のレンズの任意の他の組合せ（例えば、一緒に接着された多数のレンズもしくは多数の別々のレンズ）を含む。１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７は、可視波長成分および短波長赤外波長成分の両方を透過するように構成される。
【０１８０】
分光装置は、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７からの光を分散させるように構成された、分散光学素子１１０８（例えば、プリズム）などの、１つまたは複数の分散光学素子をさらに含む。１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７からの光は、可視波長成分および短波長赤外波長成分を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の分散光学素子は、１つまたは複数の透過型分散光学素子（例えば、体積ホログラフィ透過型格子）を含む。１つまたは複数の分散光学素子は、可視波長成分および短波長赤外波長成分の両方を透過するように構成される。
【０１８１】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の分散光学素子は、１つまたは複数のプリズムを含む。回折格子は、多数の次数の光を分散させるように構成され、そして特定の波長の光が、多数の方向へと分散される。このように、２つの異なる波長成分を、同じ方向へと分散させることができる（例えば、５００ｎｍ光の２次の回折および１０００ｎｍ光の１次の回折が重なり、同様に５００ｎｍ光の３次の回折、７５０ｎｍ光の２次の回折および１５００ｎｍ光の１次の回折が重なる）。このことが、分光装置により同時に分析されることが可能な波長範囲を制限する。プリズムは、特定の波長の光を多数の方向には分散させない。このように、プリズムの使用は、同時に分析することが可能な光の波長範囲を著しく大きくできる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムは、１つまたは複数の等辺プリズムを含む。
【０１８２】
分光装置は、分散させた光を集光するように構成された１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９は、可視波長および短波長赤外波長における１つまたは複数の収差（例えば、色収差）を減少させるように構成される複層レンズを含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９は、三層レンズまたは多数のレンズの任意の他の組合せ（例えば、一緒に接着された多数のレンズもしくは多数の別々のレンズ）を含む。１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９は、可視波長成分および短波長赤外波長成分の両方を透過するように構成される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９によって集光された光は、６００ｎｍから１５００ｎｍまでの波長範囲の光を含む。
【０１８３】
分光装置は、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９からの光を電気信号へと変換するために構成されたアレイ検出器１１１２（例えば、図１０に図示した画像センサ・デバイスなどの、本明細書において説明したゲート制御型電荷変調デバイスの二次元アレイ）を含む。電気信号は、可視波長成分の強度を示す電気信号および短波長赤外波長成分の強度を示す電気信号を含む。
【０１８４】
いくつかの実施形態では、アレイ検出器１１１２は、可視波長成分および短波長赤外波長成分を電気信号に変換することができる連続検出器アレイを含む（例えば、信号検出器アレイは、可視波長成分の強度を示す電気信号および短波長赤外波長成分の強度を示す電気信号の両方を発生する）。
【０１８５】
いくつかの実施形態では、連続検出器アレイは、１５００ｎｍ波長の光に対して少なくとも２０％の量子効率を有する。いくつかの実施形態では、連続検出器アレイは、６００ｎｍ波長の光に対して少なくとも２０％の量子効率を有する。いくつかの実施形態では、連続検出器アレイは、ゲルマニウム検出器アレイである。
【０１８６】
いくつかの実施形態では、連続検出器アレイは、光を検知するためのデバイスの二次元アレイ（例えば、光を検知するためのデバイスの１００×１００アレイ）を含む。いくつかの実施形態では、デバイスの二次元アレイの各々のデバイスは、電荷変調デバイスである。いくつかの実施形態では、デバイスの二次元アレイの各々のデバイスは、電荷変調デバイスである。いくつかの実施形態では、連続検出器アレイは、光を検知するためのデバイスの一次元アレイ（例えば、光を検知するためのデバイスの１００×１アレイ）を含む。
【０１８７】
いくつかの実施形態では、アレイ検出器１１１２は、光を検知するためのデバイスの二次元アレイである。このような実施形態では、分光装置を、ハイパースペクトル・イメージング用に使用することができる。
【０１８８】
図１２Ａ〜図１２Ｅでは、アレイ検出器１１１２が、入力アパーチャ１１０６から１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９までの光学経路により規定される平面（例えば、入力アパーチャ１１０６から１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７までの光学経路、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７から分散光学素子１１０８までの光学経路、分散光学素子１１０８から１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９までの光学経路を取り囲む平面）に平行に配置される。いくつかの実施形態では、アレイ検出器１１１２は、入力アパーチャ１１０６から１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９までの光学経路のうちのいずれかに実質的に平行である（例えば、アレイ検出器１１１２の垂線とそれぞれの光学経路とにより規定される角度は、例えば、４５度、６０度、または７５度よりも大きい）。例えば、いくつかのケースでは、アレイ検出器１１１２は、分光装置の底面上に平らに横たわる。これは、分光装置の大きさをさらに減少させる。
【０１８９】
分光装置は、検出窓１１０１、試料を照明するための１つもしくは複数の光源（例えば、可視光源１１０２および／もしくは赤外光源１１０３）、ならびに／または被検物（もしくは試料）からの光を入力アパーチャの上へと集光させるための１つまたは複数のレンズの第３のセット１１０４を任意選択で含む。例えば、１つまたは複数のレンズの第３のセット１１０４は、被検物からの拡散反射を入力アパーチャの上へと集光する。検出窓１１０１および１つまたは複数のレンズの第３のセット１１０４は、可視波長成分および短波長赤外波長成分の両方を透過するように構成される。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光源は、可視波長成分に対応する光および短波長赤外波長成分に対応する光を同時に放出するように構成された広帯域光源を含む。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光源は、可視波長成分に対応する光を放出するように構成された１つまたは複数の可視光源（例えば、可視光源１１０２）および短波長赤外波長成分に対応する光を放出するように構成された１つまたは複数の短波長赤外光源（例えば、短波長赤外光源１１０３）を含む。
【０１９０】
いくつかの実施形態では、分光装置は、光を導くため１つまたは複数の鏡を含む。図１２Ａでは、分光装置は、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９からの光をアレイ検出器１１１２に向けて反射するように構成された鏡１１１０を含む。いくつかの実施形態では、鏡１１１０からの光の光軸は、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７と１つまたは複数の分散光学素子（例えば、分散光学素子１１０８）との間の光軸に実質的に平行である（例えば、鏡１１１０からの光の光軸と、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７と１つまたは複数の分散光学素子との間の光軸とにより形成される角度は３０度以下である）。図１２Ａでは、分光装置は、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９とアレイ検出器１１１２との間に鏡１１１０および鏡１１１１を含む。鏡１１１０は、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９からの光を鏡１１１１に中継するように構成される。いくつかの実施形態では、鏡１１１１は、鏡１１１０からの光をアレイ検出器１１１２に向けて９０度だけ反射するように構成される。
【０１９１】
図１２Ａでは、分光装置は、１つまたは複数のレンズの第３のセット１１０４からの光を入力アパーチャ１１０６に向けて中継するための鏡１１０５をやはり含む。
【０１９２】
検出器アレイ１１１２を含め、図１２Ａに図示した分光装置全体の大きさは、長さ４．３ｃｍ掛ける幅３．３ｃｍ掛ける高さ０．７ｃｍ、またはこれ以下である。
【０１９３】
図１２Ｂは、図１２に示した分光装置の斜視図での模式図である。
【０１９４】
図１２Ｂでは、図１２Ａには示されていない追加の構成要素がやはり描かれている。例えば、１つまたは複数のバッフルが、可視光源１１０２および赤外光源１１０３に隣接して設置された。
【０１９５】
図１２Ｃに図示した分光装置は、入力アパーチャ１１０６が１つまたは複数のレンズの第３のセット１１０４と鏡１１０５との間に配置されることを除いて図１２Ａに図示した分光装置に類似している。このように、鏡１１０５は、入力アパーチャ１０６からの光を１つまたは複数のレンズの第１のセット１０７に向けて反射するように構成される。
【０１９６】
図１２Ｄに図示した分光装置は、鏡１１０５および１１１０が使用されないことを除いて図１２Ａおよび図１２Ｃに図示した分光装置に類似している。代わりに、入力アパーチャ１１０６および１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７が直線的に配置される（例えば、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７の光軸が入力アパーチャ１１０６と一直線に並べられる）。
【０１９７】
いくつかの実施形態では、分光装置は、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を１つまたは複数の分散光学素子に向けて反射するように構成された１つまたは複数の鏡を含み、その結果、１つまたは複数の分散光学素子からの分散された光が１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光に実質的に平行である（例えば、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光と１つまたは複数の分散光学素子からの分散された光とが、３０度未満、２０度未満、１５度未満、１０度未満、または５度未満の角度を形成する）。いくつかの実施形態では、分光装置は、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を１つまたは複数の分散光学素子に向けて反射するように構成された少なくとも２つの鏡を含み、その結果、１つまたは複数の分散光学素子からの分散された光が１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光に実質的に平行である。例えば、図１２Ｅに図示した分光装置は、図１２Ｅに図示した分光装置が１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７からの光を１つまたは複数の分散光学素子１１０８に向けて反射するように構成された鏡１１１３および１１１４を含み、その結果、１つまたは複数の分散光学素子１１０８からの分散された光が１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７からの光に実質的に平行であることを除いて図１２Ｄに図示した分光装置に類似している。図１２Ｅに示した構成は、小型の分光装置を可能にする。例えば、図１２Ｅに示した分光装置の大きさは、長さ１０ｃｍ掛ける幅１．５ｃｍ掛ける高さ０．７ｃｍ、またはこれ以下である。
【０１９８】
いくつかの実施形態では、分光装置は、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を１つまたは複数の分散光学素子に向けて反射するように構成された１つまたは複数の鏡を含み、その結果、１つまたは複数のレンズの第２のセットからの光が１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光に実質的に平行である（例えば、１つまたは複数のレンズの第１のセットの光軸と１つまたは複数のレンズの第２のセットの光軸とが３０度未満、２０度未満、１５度未満、１０度未満、または５度未満の角度を形成する）。いくつかの実施形態では、分光装置は、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を１つまたは複数の分散光学素子に向けて反射するように構成された少なくとも２つの鏡を含み、その結果、１つまたは複数のレンズの第２のセットからの光が１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光に実質的に平行である。例えば、図１２Ｅに図示した分光装置は、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７からの光を１つまたは複数の分散光学素子１１０８に向けて反射する鏡１１１３および１１１４を含み、その結果、１つまたは複数の分散光学素子１１０８からの分散された光が１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７からの光に実質的に平行である。
【０１９９】
いくつかの実施形態によれば、可視光および短波長赤外光を同時に分析するための方法は、可視波長成分のうちの少なくとも一部分および短波長赤外波長成分のうちの少なくとも一部分が装置のアレイ検出器の上に同時に当たるように上に説明した装置のいずれかの実施形態を用いて可視波長成分および短波長赤外波長成分を含む光を受けるステップと、可視波長成分の強度および短波長赤外波長成分の強度を得るためにアレイ検出器からの電気信号を処理するステップとを含む。
【０２００】
図１３は、いくつかの実施形態による分光装置を図示する。
【０２０１】
図１３に図示した分光装置は、プリズム・アセンブリ１３１０が鏡１１１３および１１１４と分散光学素子１１０８との組合せの代わりに使用されることを除いて図１２Ｅに示した分光装置に類似している。この出願の発明者は、１つまたは複数の鏡（例えば、鏡１１１３または１１１４）などの光学素子の回転が分光装置のミスアライメントに寄与することを見出した。この出願の発明者は、鏡１１１３および１１１４と分散光学素子１１０８との組合せをプリズム・アセンブリ１３１０で置き換えることにより（分散光学素子１１０８に対する）１つまたは複数の鏡１１１３および１１１４の回転によって引き起こされる分光装置のミスアライメントを低減した、このことが図１６に関してさらに説明される。加えて、図１３に示した分光装置は、図１２Ｅに示した分光装置よりももっと小型であり（もっと細く）、このことが分光装置の可搬性を向上させる。
【０２０２】
このように、図１３に示した分光装置（例えば、光を分析するための装置）は、光を受けるための入力アパーチャ１１０６と、入力アパーチャからの光を中継するように構成された１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７と、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を分散させるように構成されたプリズム・アセンブリ１３１０とを含む。プリズム・アセンブリは、第１のプリズムと、第１のプリズムとは異なる第２のプリズムと、第１のプリズムおよび第２のプリズムとは異なる第３のプリズムとを含め複数のプリズム（例えば、３つのプリズムを有する図１４Ａに示したプリズム・アセンブリ１３１０または５つのプリズムを有する図１５Ａに示したプリズム・アセンブリ）を含む。第１のプリズムは、第２のプリズムと機械的に結合され、第２のプリズムは、第３のプリズムと機械的に結合される。分光装置は、プリズム・アセンブリからの分散された光を集光するように構成された１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９と、１つまたは複数のレンズの第２のセットからの光を電気信号に変換するために構成されたアレイ検出器１１１２とをやはり含む。
【０２０３】
いくつかの実施形態では、図１３に示した分光装置は、図１２Ａ〜図１２Ｅに関して説明した分光装置の１つまたは複数の特性および特徴を有する。簡潔のために、そのような詳細は、本明細書においては繰り返さない。
【０２０４】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリ１３１０および１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９は、プリズム・アセンブリ１３１０からの光がいずれの鏡によっても反射されずに１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９を通過するように配置される（例えば、図１３）。
【０２０５】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９およびアレイ検出器は、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９からの光がいずれの鏡によっても反射されずにアレイ検出器１１１２に導かれるように配置される。
【０２０６】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９およびアレイ検出器は、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９からの光が１つだけの鏡（例えば、図１３では鏡１１１１）により反射された後でアレイ検出器１１１２に導かれるように配置される。
【０２０７】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７の光軸は、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９の光軸に平行である。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７の光軸は、プリズム・アセンブリ１３１０の光軸に平行である。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９の光軸は、プリズム・アセンブリ１３１０の光軸に平行である。これが小型の分光装置を可能にする。
【０２０８】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７の光軸は、プリズム・アセンブリ１３１０の入射表面に垂直である。
【０２０９】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９の光軸は、プリズム・アセンブリ１３１０の出射表面に垂直である。
【０２１０】
図１４Ａ〜図１４Ｃは、いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリ１３１０およびその構成要素を図示する。
【０２１１】
図１４Ａに示したプリズム・アセンブリ１３１０は、３つのプリズム：第１のプリズム１４２０、第２のプリズム１４３０、および第３のプリズム１４４０を含む。いくつかの実施形態では、（例えば、接着剤を使用して）第１のプリズム１４２０は、第２のプリズム１４３０に機械的に結合され、そして第２のプリズム１４３０は、第３のプリズム１４４０に機械的に結合される。このことが、第２のプリズム１４３０および第３のプリズム１４４０に対する第１のプリズム１４２０の回転を減少させまたは取り去り、そして第３のプリズム１４４０に対する第２のプリズム１４３０の回転を減少させまたは取り去る。加えて、プリズム・アセンブリ１３１０の入射表面の回転が、プリズム・アセンブリ１３１０の出射表面の回転によって補正される。例えば、プリズム・アセンブリ１３１０の入射表面の回転により引き起こされる屈折した光の方向の何らかの変化が、プリズム・アセンブリ１３１０の出射表面の回転によって減少する。このように、分光装置内のミスアライメントは、プリズム・アセンブリ１３１０を使用することによって減少する。
【０２１２】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０は直角三角形プリズムであり、第２のプリズム１４３０は三角プリズムであり、そして第３のプリズム１４４０は直角三角形プリズムである。
【０２１３】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０が第２のプリズム１４３０と光学的に結合され、そして第２のプリズム１４３０が第３のプリズム１４４０と光学的に結合される。例えば、第１のプリズム１４２０からの透過した光は第２のプリズム１４３０に入射し、そして第２のプリズム１４３０からの透過した光は第３のプリズム１４４０に入射する。
【０２１４】
図１４Ｂは、図１４Ａに示したプリズム・アセンブリ１３１０の分解側面図である。第１のプリズム１４２０は、第１の光学表面１４２２および第２の光学表面１４２４を有する。いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０は、第３の表面１４２６を有する。いくつかの実施形態では、第３の表面１４２６は、光学表面（例えば、第３の光学表面）である。例えば、第３の表面１４２６は、光学的平坦度および表面粗さ必要条件（例えば、λ／２０平坦度および２０−１０スクラッチ−ディグ）を満足する。いくつかの実施形態では、第３の表面１４２６は、非光学表面である（例えば、第３の表面１４２６は光学的平坦度または表面粗さ必要条件を満足しない）。第２のプリズム１４３０は、第１の光学表面１４３２および第２の光学表面１４３４を有する。いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０は、第３の表面１４３６を有する。いくつかの実施形態では、第３の表面１４３６は、光学表面（例えば、第３の光学表面）である。いくつかの実施形態では、第３の表面１４３６は、非光学表面である。第３のプリズム１４４０は、第１の光学表面１４４２および第２の光学表面１４４４を有する。いくつかの実施形態では、第３のプリズム１４４０は、第３の表面１４４６を有する。いくつかの実施形態では、第３の表面１４４６は、光学表面（例えば、第３の光学表面）である。いくつかの実施形態では、第３の表面１４４６は、非光学表面である。第２のプリズム１４３０に関して、第１の光学表面１４３２と第３の表面１４３６とは第１の角度１４３３を規定し、そして第２の光学表面１４３４と第３の表面１４３６とは第２の角度１４３５を規定する。
【０２１５】
いくつかの実施形態では、第１の角度１４３３は１０°と３０°との間である。いくつかの実施形態では、第１の角度１４３３は１５°と２５°との間である。いくつかの実施形態では、第１の角度１４３３は１８°と２２°との間である。いくつかの実施形態では、第１の角度１４３３は１０°と２０°との間である。いくつかの実施形態では、第１の角度１４３３は１３°と１７°との間である。
【０２１６】
いくつかの実施形態では、第２の角度１４３５は１０°と３０°との間である。いくつかの実施形態では、第２の角度１４３５は１５°と２５°との間である。いくつかの実施形態では、第２の角度１４３５は１８°と２２°との間である。いくつかの実施形態では、第２の角度１４３５は１０°と２０°との間である。いくつかの実施形態では、第２の角度１４３５は１３°と１７°との間である。
【０２１７】
いくつかの実施形態では、第１の角度１４３３および第２の角度１４３５は同じである。いくつかの実施形態では、第１の角度１４３３は第２の角度１４３５とは異なる。
【０２１８】
第１のプリズム１４２０は、第１の光学表面１４２２、および第１の光学表面１４２２とは異なりそして非平行である第２の光学表面１４２４を有する。第２のプリズム１４３０は、第１の光学表面１４３２、および第１の光学表面１４３２とは異なりそして非平行である第２の光学表面１４３４を有する。第３のプリズム１４４０は、第１の光学表面１４４２、および第１の光学表面１４４２とは異なりそして非平行である第２の光学表面１４４４を有する。いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０の第２の光学表面１４２４が第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２と光学的に結合される（例えば、第１のプリズム１４２０の第２の光学表面１４２４からの透過した光が第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２を通って入射する）。第２のプリズム１４３０の第２の光学表面１４３４が第３のプリズム１４４０の第１の光学表面１４４２と光学的に結合される（例えば、第２のプリズム１４３０の第２の光学表面１４３４からの透過した光が第３のプリズム１４４０の第１の光学表面１４４２を通って入射する）。
【０２１９】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０の第２の光学表面１４２４は、第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２に実質的に平行である（例えば、２０°以下、１５°以下、または１０°以下の角度を有する）。いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０の第２の光学表面１４３４は、第３のプリズム１４４０の第１の光学表面１４４２に実質的に平行である（例えば、２０°以下、１５°以下、または１０°以下の角度を有する）。
【０２２０】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０は、第１の光学表面１４２２および第２の光学表面１４２４とは異なりそして非平行である第３の表面１４２６を有し、そして第３のプリズム１４４０は、第１の光学表面１４４２および第２の光学表面１４４２とは異なりそして非平行である第３の表面１４３６を有する。第１のプリズム１４２０の第３の表面１４２６は、第１のプリズム１４２０の第１の光学表面１４２２に対して実質的に垂直である（例えば、８０°と１００°との間の角度を有する）（例えば、第１のプリズム１４２０はリトロー・プリズムである）。第３のプリズム１４４０の第３の表面１４４６は、第３のプリズム１４４０の第２の光学表面１４４４に対して実質的に垂直である（例えば、８０°と１００°との間の角度を有する）（例えば、第３のプリズム１４４０はリトロー・プリズムである）。
【０２２１】
いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０は、第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２および第２のプリズム１４３０の第２の光学表面１４３４とは異なりそして非平行である第３の表面１４３６を有する。
【０２２２】
いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０の第３の表面１４３６は、第１のプリズム１４２０の第３の表面１４２６および第３のプリズム１４４０の第３の表面１４４６に実質的に平行である。
【０２２３】
いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２と第２のプリズム１４３０の第３の表面１４３６とは、第１の角度を規定し、そして第２のプリズム１４３０の第２の光学表面１４３４と第２のプリズム１４３０の第３の表面１４３６とは、第２の角度を規定する。第２の角度は、第１の角度に対応する（例えば、第２の角度および第１の角度は同じである）。例えば、第２のプリズム１４３０は、等辺三角形の形状を持つ断面を有する。
【０２２４】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０の第１の光学表面１４２２は、第３のプリズム１４４０の第２の光学表面１４４４に実質的に平行である（例えば、２０°以下、１５°以下、または１０°以下の角度を有する）。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリ１３１０は、直角プリズムの形状を有する。
【０２２５】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０および第３のプリズム１４４０は、同じ形状を有する（例えば、第１のプリズム１４２０および第３のプリズム１４４０の両方とも同じ寸法を有する）。
【０２２６】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０はリトロー・プリズムであり、第２のプリズム１４３０は三角形部材プリズムであり、そして第３のプリズム１４４０はリトロー・プリズムである。
【０２２７】
いくつかの実施形態では、第２のプリズムは、等辺プリズム（例えば、等辺三角形プリズム）である。
【０２２８】
図１４Ｂは、プリズム・アセンブリが３つの異なる別個のプリズムを組み合わせることによって作られることを図示しているが、いくつかの実施形態では、第１のプリズムおよび第３のプリズムが一体的に形成される。
【０２２９】
図１４Ｃは、第１のプリズム１４２０および第２のプリズム１４３０が接着剤１４５０によって機械的に結合され、そして第２のプリズム１４３０および第３のプリズム１４４０が接着剤１４５０によって機械的に結合されることを図示する。
【０２３０】
図１５Ａ〜図１５Ｃは、いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリおよびその構成要素を図示する。
【０２３１】
図１５Ａに示したプリズム・アセンブリは、図１５Ａに示したプリズム・アセンブリが５つのプリズム：第１のプリズム１４２０、第２のプリズム１４３０、第３のプリズム１４６０、第４のプリズム１４７０、および第５のプリズム１４８０を含むことを除いて図１４Ａに示したプリズム・アセンブリに類似している。例えば、プリズム・アセンブリは、第１のプリズム１４２０、第２のプリズム１４３０、および第３のプリズム１４６０に加えて、（ｉ）第１のプリズム１４２０、第２のプリズム１４３０、および第３のプリズム１４６０とは異なる第４のプリズム１４７０、ならびに（ｉｉ）第１のプリズム１４２０、第２のプリズム１４３０、第３のプリズム１４６０、および第４のプリズム１４７０とは異なる第５のプリズム１４８０を含む。
【０２３２】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０が第２のプリズム１４３０に機械的に結合され、第２のプリズム１４３０が第３のプリズム１４６０に機械的に結合され、第３のプリズム１４６０が第４のプリズム１４７０に機械的に結合され、そして第４のプリズム１４７０が第５のプリズム１４８０に機械的に結合される。このことが、第２のプリズム１４３０、第３のプリズム１４６０、第４のプリズム１４７０、および第５のプリズム１４８０に対する第１のプリズム１４２０の回転を減少させまたは取り去り、第３のプリズム１４６０、第４のプリズム１４７０、および第５のプリズム１４８０に対する第２のプリズム１４３０の回転を減少させまたは取り去り、第４のプリズム１４７０、および第５のプリズム１４８０に対する第３のプリズム１４６０の回転を減少させまたは取り去り、そして第５のプリズム１４８０に対する第４のプリズム１４７０の回転を減少させまたは取り去る。いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０は直角三角形プリズムであり、第２のプリズム１４３０は（直角三角形プリズム以外の）三角プリズムであり、第３のプリズム１４６０は（直角三角形プリズム以外の）三角プリズムであり、第４のプリズム１４７０は（直角三角形プリズム以外の）三角プリズムであり、そして第５のプリズム１４８０は直角三角形プリズムである。
【０２３３】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０が第２のプリズム１４３０と光学的に結合され、第２のプリズム１４３０が第３のプリズム１４６０と光学的に結合され、第３のプリズム１４６０が第４のプリズム１４７０と光学的に結合され、そして第４のプリズム１４７０が第５のプリズム１４８０と光学的に結合される。例えば、第１のプリズム１４２０からの透過した光は第２のプリズム１４３０に入射し、第２のプリズム１４３０からの透過した光は第３のプリズム１４６０に入射し、第３のプリズム１４６０からの透過した光は第４のプリズム１４７０に入射し、そして第４のプリズム１４７０からの透過した光は第５のプリズム１４８０に入射する。プリズム・アセンブリによって分散された光は、第５のプリズム１４８０から伝送される。
【０２３４】
図１５Ｂは、図１５Ａに示したプリズム・アセンブリの分解側面図である。第１のプリズム１４２０は、第１の光学表面１４２２、および第１の光学表面１４２２とは異なりそして非平行である第２の光学表面１４２４を有する。いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０は、第１の光学表面１４２２および第２の光学表面１４２４とは異なりそして非平行である第３の表面１４２６をやはり有する。第２のプリズム１４３０は、第１の光学表面１４３２、および第１の光学表面１４３２とは異なりそして非平行である第２の光学表面１４３４を有する。いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０は、第１の光学表面１４３２および第２の光学表面１４３４とは異なりそして非平行である第３の表面１４３６をやはり有する。第３のプリズム１４６０は、第１の光学表面１４６２、および第１の光学表面１４６２とは異なりそして非平行である第２の光学表面１４６４を有する。いくつかの実施形態では、第３のプリズム１４６０は、第１の光学表面１４６２および第２の光学表面１４６４とは異なりそして非平行である第３の表面１４６６をやはり有する。第４のプリズム１４７０は、第１の光学表面１４７２、第１の光学表面１４７２とは異なりそして非平行である第２の光学表面１４７４、ならびに第１の光学表面１４７２および第２の光学表面１４７４とは異なりそして非平行である第３の表面１４７６を有する。第５のプリズム１４８０は、第１の光学表面１４８２、第１の光学表面１４８２とは異なりそして非平行である第２の光学表面１４８４、ならびに第１の光学表面１４８２および第２の光学表面１４８４とは異なる第３の表面１４８６を有する。
【０２３５】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０の第２の光学表面１４２４が第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２と光学的に結合される（例えば、第１のプリズム１４２０の第２の光学表面１４２４からの透過した光が第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２を通って入射する）。いくつかの実施例では、第２のプリズム１４３０の第２の光学表面１４３４が第３のプリズム１４６０の第１の光学表面１４６２と光学的に結合される（例えば、第２のプリズム１４３０の第２の光学表面１４３４からの透過した光が第３のプリズム１４６０の第１の光学表面１４６２を通って入射する）。いくつかの実施例では、第３のプリズム１４６０の第２の光学表面１４６４が第４のプリズム１４７０の第１の光学表面１４７２と光学的に結合される（例えば、第３のプリズム１４６０の第２の光学表面１４６４からの透過した光が第４のプリズム１４７０の第１の光学表面１４７２を通って入射する）。いくつかの実施例では、第４のプリズム１４７０の第２の光学表面１４７４が第５のプリズム１４８０の第１の光学表面１４８２と光学的に結合される（例えば、第４のプリズム１４７０の第２の光学表面１４７４からの透過した光が第５のプリズム１４８０の第１の光学表面１４８２を通って入射する）。
【０２３６】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０は、第１の光学表面１４２２および第２の光学表面１４２４とは異なりそして非平行である第３の表面１４２６を有する。いくつかの実施例では、第５のプリズム１４８０は、第１の光学表面１４８２および第２の光学表面１４８４とは異なりそして非平行である第３の表面１４８６を有する。いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０の第３の表面１４２６は、第１のプリズム１４２０の第１の光学表面１４２２に対して実質的に垂直である（例えば、８０°と１００°との間の角度を有する）（例えば、第１のプリズム１４２０はリトロー・プリズムである）。いくつかの実施形態では、第５のプリズム１４８０の第３の表面１４８６は、第５のプリズム１４８０の第２の光学表面１４８４に対して実質的に垂直である（例えば、８０°と１００°との間の角度を有する）（例えば、第５のプリズム１４８０はリトロー・プリズムである）。
【０２３７】
いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０は、第１の光学表面１４３２および第２の光学表面１４３４とは異なりそして非平行である第３の表面１４３６を有する。いくつかの実施形態では、第３のプリズム１４６０は、第１の光学表面１４６２および第２の光学表面１４６４とは異なりそして非平行である第３の表面１４６６を有する。いくつかの実施形態では、第４のプリズム１４７０は、第１の光学表面１４７２および第２の光学表面１４７４とは異なりそして非平行である第３の表面１４７６を有する。いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０の第３の表面１４２６は、第２のプリズム１４３０の第３の表面１４３６、第３のプリズム１４６０の第３の表面１４６６、第４のプリズム１４７０の第３の表面１４７６、および第５のプリズム１４８０第３の表面１４８６に実質的に平行である（例えば、２０°以下、１５°以下、または１０°以下の角度を有する）。
【０２３８】
いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２と第２のプリズム１４３０の第３の表面１４３６とにより規定される角度は、第２のプリズム１４３０の第２の光学表面１４３４と第２のプリズム１４３０の第３の表面１４３６とにより規定される角度に対応する（例えば、第２のプリズム１４３０は、等辺三角形の形状を持つ断面を有する）。いくつかの実施形態では、第３のプリズム１４６０の第１の光学表面１４６２と第３のプリズム１４６０の第３の表面１４６６とにより規定される角度は、第３のプリズム１４６０の第２の光学表面１４６４と第３のプリズム１４６０の第３の表面１４６６とにより規定される角度に対応する（例えば、第３のプリズム１４６０は、等辺三角形の形状を持つ断面を有する）。いくつかの実施形態では、第４のプリズム１４７０の第１の光学表面１４７２と第４のプリズム１４７０の第３の表面１４７６とにより規定される角度は、第４のプリズム１４７０の第２の光学表面１４７４と第４のプリズム１４７０の第３の表面１４７６とにより規定される角度に対応する（例えば、第４のプリズム１４７０は、等辺三角形の形状を持つ断面を有する）。
【０２３９】
いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２と第２のプリズム１４３０の第３の表面１４３６とにより規定される角度は、第３のプリズム１４６０の第１の光学表面１４６２と第３のプリズム１４６０の第３の表面１４６６とにより規定される角度に対応する。いくつかの実施形態では、第２のプリズム１４３０の第１の光学表面１４３２と第２のプリズム１４３０の第３の表面１４３６とにより規定される角度は、第４のプリズム１４７０の第１の光学表面１４７２と第４のプリズム１４７０の第３の表面１４７６とにより規定される角度に対応する。
【０２４０】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０の第１の光学表面１４２２は、第５のプリズム１４８０の第２の光学表面１４８４に実質的に平行である（例えば、第１のプリズム１４２０の第１の光学表面１４２２と第５のプリズム１４８０の第２の光学表面１４８４とは、２０°以下、１５°以下、または１０°以下の角度を有する）。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリは、直角三角形プリズムの形状を有する。
【０２４１】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０および第５のプリズム１４８０は、同じ形状を有する（例えば、第１のプリズム１４２０および第５のプリズム１４８０は、同じ寸法を有する）。
【０２４２】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１４２０はリトロー・プリズムであり、第２のプリズム１４３０は三角形部材プリズムであり、第３のプリズム１４６０は三角形部材プリズムであり、第４のプリズム１４７０は三角形部材プリズムであり、そして第５のプリズム１４８０はリトロー・プリズムである。
【０２４３】
いくつかの実施形態では、第２のプリズムは等辺プリズム（例えば、等辺三角形プリズム）であり、第３のプリズム１４６０は等辺プリズム（例えば、等辺三角形プリズム）であり、そして第４のプリズム１４７０は等辺プリズム（例えば、等辺三角形プリズム）である。
【０２４４】
図１５Ｂは、プリズム・アセンブリが５つの異なる別個のプリズムを組み合わせることによって作られていることを図示しているが、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムが一体的に形成される。例えば、いくつかの実施形態では、第１のプリズム、第３のプリズムおよび第５のプリズムが、一体的に形成され、ならびに／または第２のプリズムおよび第４のプリズムが、一体的に形成される。
【０２４５】
図１５Ｃは、第１のプリズム１４２０および第２のプリズム１４３０が接着剤１４５０によって機械的に結合され、第２のプリズム１４３０および第３のプリズム１４６０が接着剤１４５０によって機械的に結合され、第３のプリズム１４６０および第４のプリズム１４７０が接着剤１４５０によって機械的に結合され、そして第４のプリズム１４７０および第５のプリズム１４８０が接着剤１４５０によって機械的に結合されることを図示する。
【０２４６】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリは、入射表面（例えば、第１のプリズム１４２０の第１の光学表面１４２２などの、第１のプリズムの第１の光学表面）を有し、これを通してプリズム・アセンブリは、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を受けるように構成される。プリズム・アセンブリは、出射表面（例えば、プリズム・アセンブリ１３１０のケースでは、第３のプリズム１４４０の光学表面１４４４などの、最後のプリズムの第２の光学）を有し、これを通してプリズム・アセンブリは、分散させた光を１つまたは複数のレンズの第２のセットに向けて伝送するように構成される。プリズム・アセンブリの入射表面は、プリズム・アセンブリの出射表面に実質的に平行である（例えば、２０°以下、１５°以下、または１０°以下の角度を有する）。このことが、プリズム・アセンブリの前後で光軸を維持することを容易にし、これが順に分光装置の直線的な構成を可能にする。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリは、直角プリズムの形状を有する。
【０２４７】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、６００ｎｍから１５００ｎｍまでの波長範囲の光を分散させるように構成される。例えば、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、１５００ｎｍの波長を有する光から６００ｎｍの波長を有する光を分散するように構成される。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、６００ｎｍの波長を有する光および１５００ｎｍの波長を有する光を分散するように構成される。
【０２４８】
いくつかの実施形態では、第１のプリズムは第１の材料から作られ、第２のプリズムは第１の材料とは異なる第２の材料から作られ、そして第１の材料は第１のアッベ数を有し、第２の材料は第１のアッベ数よりも小さい第２のアッベ数を有する（例えば、第１のプリズムが５０のアッベ数を有する材料から作られ、第２のプリズムが３０のアッベ数を有する材料から作られる）。
【０２４９】
いくつかの実施形態では、第３のプリズムは第３の材料から作られ、第２のプリズムは第３の材料とは異なる第２の材料から作られ、そして第３の材料は第３のアッベ数を有し、第２の材料は第３のアッベ数よりも小さい第２のアッベ数を有する（例えば、第３のプリズムが５０のアッベ数を有する材料から作られ、第２のプリズムが３０のアッベ数を有する材料から作られる）。
【０２５０】
いくつかの実施形態では、第１のプリズムは第１の材料から作られ、第２のプリズムは第１の材料とは異なる第２の材料から作られ、そして第３のプリズムは第２の材料とは異なる第３の材料から作られる。第１の材料は第１のアッベ数を有し、第３の材料は第３のアッベ数を有し、第２の材料は第１のアッベ数および第３のアッベ数よりも小さい第２のアッベ数を有する（例えば、第１のプリズムが５０のアッベ数を有する材料から作られ、第２のプリズムが３０のアッベ数を有する材料から作られ、そして第３のプリズムが４０のアッベ数を有する材料から作られる）。
【０２５１】
いくつかの実施形態では、第１の材料および第３の材料は同一である（例えば、第１のプリズムが５０のアッベ数を有する材料から作られ、第２のプリズムが３０のアッベ数を有する材料から作られ、そして第３のプリズムが５０のアッベ数を有する材料から作られる）。
【０２５２】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリが５つのプリズムを含むときには、第１のプリズムは第１の材料から作られ、第２のプリズムは第２の材料から作られ、第３のプリズムは第２の材料から作られ、第４のプリズムは第２の材料から作られ、そして第５のプリズムは第１の材料から作られる。
【０２５３】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリが５つのプリズムを含むときには、第１のプリズムは第１の材料から作られ、第２のプリズムは第２の材料から作られ、第３のプリズムは第１の材料から作られ、第４のプリズムは第２の材料から作られ、そして第５のプリズムは第１の材料から作られる。
【０２５４】
いくつかの実施形態では、第１の材料は、蛍石クラウン、リン酸塩クラウン、重リン酸塩クラウン、ホウケイ酸塩クラウン、バリウム・クラウン、重クラウン、クラウン、ランタン・クラウン、超重クラウン、バリウム軽フリント、クラウン／フリント、ランタン重フリント、ランタン・フリント、バリウム・フリント、バリウム重フリント、超軽フリント、軽フリント、フリント、重フリント、亜鉛クラウン、ショート・フリントから選択される。
【０２５５】
いくつかの実施形態では、第２の材料は、蛍石クラウン、リン酸塩クラウン、重リン酸塩クラウン、ホウケイ酸塩クラウン、バリウム・クラウン、重クラウン、クラウン、ランタン・クラウン、超重クラウン、バリウム軽フリント、クラウン／フリント、ランタン重フリント、ランタン・フリント、バリウム・フリント、バリウム重フリント、超軽フリント、軽フリント、フリント、重フリント、亜鉛クラウン、ショート・フリントから選択される。
【０２５６】
いくつかの実施形態では、第３の材料は、蛍石クラウン、リン酸塩クラウン、重リン酸塩クラウン、ホウケイ酸塩クラウン、バリウム・クラウン、重クラウン、クラウン、ランタン・クラウン、超重クラウン、バリウム軽フリント、クラウン／フリント、ランタン重フリント、ランタン・フリント、バリウム・フリント、バリウム重フリント、超軽フリント、軽フリント、フリント、重フリント、亜鉛クラウン、ショート・フリントから選択される。
【０２５７】
いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は３０よりも大きく、第２のアッベ数は５０よりも小さく、そして第３のアッベ数は３０よりも大きい。
【０２５８】
いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は４０よりも大きく、第２のアッベ数は４０よりも小さく、そして第３のアッベ数は４０よりも大きい。
【０２５９】
いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は３５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は４０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は４５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は５０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は５５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は６０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は６５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は７０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は７５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は８０よりも大きい。
【０２６０】
いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は４０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は４５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は５０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は５５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は６０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は６５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は７０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は７５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は８０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は８５よりも小さい。
【０２６１】
いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は２０と７０との間である。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は３５と８５との間である。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は４５と７５との間である。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は５５と６５との間である。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は３０と８０との間である。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は４０と７０との間である。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は５０と６０との間である。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は４５と９０との間である。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は５５と８５との間である。いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は６５と７５との間である。
【０２６２】
いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は４５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は４０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は３５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は３０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は２５よりも小さい。
【０２６３】
いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は４５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は４０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は３５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は３０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は２５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は２０よりも大きい。
【０２６４】
いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は２０と７０との間である。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は３５と８５との間である。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は４５と７５との間である。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は５５と６５との間である。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は３０と８０との間である。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は４０と７０との間である。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は５０と６０との間である。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は４５と９０との間である。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は５５と８５との間である。いくつかの実施形態では、第２のアッベ数は６５と７５との間である。
【０２６５】
いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は３５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は４０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は４５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は５０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は５５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は６０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は６５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は７０よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は７５よりも大きい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は８０よりも大きい。
【０２６６】
いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は４０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は４５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は５０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は５５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は６０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は６５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は７０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は７５よりも小さい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は８０よりも小さい。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は８５よりも小さい。
【０２６７】
いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は２０と７０との間である。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は３５と８５との間である。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は４５と７５との間である。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は５５と６５との間である。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は３０と８０との間である。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は４０と７０との間である。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は５０と６０との間である。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は４５と９０との間である。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は５５と８５との間である。いくつかの実施形態では、第３のアッベ数は６５と７５との間である。
【０２６８】
いくつかの実施形態では、第１のアッベ数は４０と７０との間であり、第２のアッベ数は２０と４０との間であり、そして第３のアッベ数は４０と７０との間である。
【０２６９】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の２０％以内である屈折率を有する。例えば、基準屈折率が１．５であるときには、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、１．２と１．８との間の屈折率を有する。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の１５％以内である屈折率を有する。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の１０％以内である屈折率を有する。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の５％以内である屈折率を有する。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の３％以内である屈折率を有する。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の１％以内である屈折率を有する。
【０２７０】
いくつかの実施形態では、基準屈折率は１．５と１．９との間である。いくつかの実施形態では、基準屈折率は１．６と１．８との間である。いくつかの実施形態では、基準屈折率は１．６５と１．７５との間である。いくつかの実施形態では、基準屈折率は１．６と１．９との間である。いくつかの実施形態では、基準屈折率は１．７と１．８との間である。いくつかの実施形態では、基準屈折率は１．５と１．８との間である。いくつかの実施形態では、基準屈折率は１．６と１．７との間である。
【０２７１】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の２０％以内である屈折率を有する接着剤を使用してプリズム・アセンブリの１つまたは複数のプリズムと結合される。例えば、図１４Ｃおよび図１５Ｃに示したように、プリズムは接着剤１４５０によって互いに張り付けられる。基準屈折率が１．５であるときには、接着剤は１．２と１．８との間である屈折率を有する。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の１５％以内である屈折率を有する接着剤を使用してプリズム・アセンブリの１つまたは複数のプリズムと結合される。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の１０％以内である屈折率を有する接着剤を使用してプリズム・アセンブリの１つまたは複数のプリズムと結合される。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の５％以内である屈折率を有する接着剤を使用してプリズム・アセンブリの１つまたは複数のプリズムと結合される。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の３％以内である屈折率を有する接着剤を使用してプリズム・アセンブリの１つまたは複数のプリズムと結合される。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリの各々のプリズムは、基準屈折率の１％以内である屈折率を有する接着剤を使用してプリズム・アセンブリの１つまたは複数のプリズムと結合される。
【０２７２】
図１６は、いくつかの実施形態によるそれぞれの光学素子の回転によって引き起こされるスペクトルのシフトを図示する。
【０２７３】
図１６では、チャート１６１０およびチャート１６２０は、図１２Ｅに示した鏡（例えば、鏡１１１３）の回転の効果を図示する。チャート１６１０は、鏡がデフォルト角度位置（例えば、θ＝０°）であるときに、スポット１６１２により表された第１の波長およびスポット１６１４により表された第２の波長の両方が検出器の上に投影されることを図示する。チャート１６１０は、鏡が１°だけ回転したときに、スポット１６２２により表された第１の波長は検出器の上に投影されるが、第２の波長は検出器によっては検出されない（例えば、第２の波長に対応するスポットが検出器の外に投影される）ことを図示する。加えて、検出器上のスポット１６２２の位置は、検出器上のスポット１６１２の位置とは異なる。このことが、検出器の上での同じ波長の位置の違いを説明するために較正をしばしば必要とする。
【０２７４】
対照的に、図１６では、チャート１６３０およびチャート１６４０は、図１３に示したプリズム・アセンブリ（例えば、プリズム・アセンブリ１３１０）の回転の効果を図示する。チャート１６３０は、プリズム・アセンブリがデフォルト角度位置（例えば、θ＝０°）である構成とプリズム・アセンブリが１°だけ回転した構成との間でそれぞれの波長の位置に著しい違いがないことを図示する。
【０２７５】
このように、図１６は、プリズム・アセンブリを用いる分光装置が、１つまたは複数の鏡および従来の分散光学素子を用いる分光装置よりも光学部品（例えば、鏡またはプリズム）の何らかの回転ミスアライメントに対してより強いことを示す。
【０２７６】
プリズム・アセンブリを用いる分光装置は、プリズム・アセンブリが回転したときでさえアライメントを上手く維持できる。このように、プリズム・アセンブリを用いる分光装置は、プリズム・アセンブリの角度位置の何らかの変動に鈍感であり、このような分光装置をより簡単に製造できる。加えて、このような分光装置は、プリズム・アセンブリの角度位置の何らかの変化に対してより強く、これが順に分光装置がそれ自体の較正を維持することを可能にする。このことは、分光装置が、プリズム・アセンブリの角度位置を変化させることがある機械的な衝撃、振動、および温度変化を受けることがある現場用途にとって特に有用である。
【０２７７】
図１７は、いくつかの実施形態による三構成部材プリズム・アセンブリおよび五構成部材プリズム・アセンブリによって引き起こされる画像歪を図示する。
【０２７８】
図１７では、プロット１７１０は三構成部材プリズム・アセンブリ（例えば、図１４Ａに示したプリズム・アセンブリ１３１０）によって引き起こされる画像歪を図示し、そしてプロット１７２０は五構成部材プリズム・アセンブリ（例えば、図１５Ａに示したプリズム・アセンブリ）によって引き起こされる画像歪を図示する。図１７は、五構成部材プリズム・アセンブリが三構成部材プリズム・アセンブリよりも小さな歪しか引き起こさないことを示す（例えば、五構成部材プリズム・アセンブリは三構成部材プリズム・アセンブリよりも６０％以上小さな歪しか引き起こさない）。このように、画像歪を減少させることが必要であるいくつかの実施形態では、分光装置は５つのプリズムを用いるプリズム・アセンブリを含む。いくつかの実施形態では、追加のプリズムを用いるプリズム・アセンブリ（例えば、７つのプリズムまたは９つのプリズムを用いるプリズム・アセンブリ）が使用される。
【０２７９】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリ１８００およびその構成部材を図示する。プリズム・アセンブリ１８００の前面図および側面図が図１８Ａに示される。プリズム・アセンブリ１８００の前面図は、４つのプリズム１８１０、１８２０、１８３０、および１８４０を示し、そしてプリズム・アセンブリ１８００の側面図は、プリズム１８４０の側面図を示す。
【０２８０】
プリズム・アセンブリ１８００は、１つまたは複数のプリズムのセット（例えば、１つまたは複数のプリズムのセット１８２０）、１つまたは複数のプリズムのセットとは異なりそして１つまたは複数のプリズムのセットと機械的に結合される第１のプリズム（例えば、プリズム１８１０）、１つまたは複数のプリズムのセットおよび第１のプリズムとは異なりそして１つまたは複数のプリズムのセットと機械的に結合される第２のプリズム（例えば、プリズム１８３０）、１つまたは複数のプリズムのセット、第１のプリズムおよび第２のプリズムとは異なりそして１つまたは複数のプリズムのセットと機械的に結合される第３のプリズム（例えば、プリズム１８４０）を含む。
【０２８１】
プリズム・アセンブリ１８００の光軸は、プリズム・アセンブリ１８００の長さに沿って延びる。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリ１８００の光軸は、プリズム・アセンブリ１８００の底面（これは、いくつかのケースでは、図１８Ａに示したように、プリズム１８１０の底面、プリズム１８３０の底面、およびプリズム１８４０の底面を含む）に平行である。
【０２８２】
いくつかの実施形態では、第３のプリズムは、第１のプリズムとは別である。いくつかの実施形態では、第２のプリズムは、第１のプリズムとは別である。いくつかの実施形態では、第２のプリズムは、第３のプリズムとは別である。
【０２８３】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリは、下記のうちの少なくとも１つによって特徴づけられる：第２のプリズムが第１のプリズムとは別である；および第３のプリズムが第２のプリズムとは別である。例えば、いくつかのケースでは、第２のプリズムは、第１のプリズムとは別であるが、第３のプリズムは、第２のプリズムとは別々ではない（例えば、第３のプリズムおよび第２のプリズムは一体化されている）。いくつかのケースでは、第２のプリズムは、第１のプリズムとは別々ではない（例えば、第１のプリズムおよび第２のプリズムは一体化されている）が、第３のプリズムは、第２のプリズムとは別である。いくつかのケースでは、第２のプリズムは、第１のプリズムとは別であり、そして第３のプリズムは、第２のプリズムとは別である。
【０２８４】
いくつかの実施形態では、第１のプリズムは、第１の材料から作られる。いくつかの実施形態では、第１の材料は、ＦＣＤ１、Ｎ−ＰＫ５２Ａ、Ｓ−ＦＰＬ５１、Ｊ−ＦＫ０１、Ｈ−ＦＫ６１、ＦＣＤ１０Ａ、Ｈ−ＦＫ７１、ＦＣＤ１００、Ｓ−ＦＰＬ５３、ＦＣＤ５１５、Ｓ−ＦＰＭ２、Ｊ−ＰＳＫＨ１、Ｈ−ＺＰＫ５、ＦＣＤ６００、ＦＣＤ７０５、ＰＣＤ４、Ｎ−ＰＳＫ５３Ａ、Ｓ−ＰＨＭ５２、Ｊ−ＰＳＫ０２、Ｈ−ＺＰＫ１Ａ、ＰＣＤ４０、ＰＣＤ５１、Ｓ−ＦＰＭ２、Ｊ−ＰＳＫＨ４、Ｈ−ＺＰＫ３、ＬＡＣ８、Ｎ−ＬＡＫ８、Ｓ−ＬＡＬ、Ｊ−ＬＡＫ８、Ｈ−ＬａＫ７Ａ、ＬＡＣ１４、Ｎ−ＬＡＫ１４、Ｓ−ＬＡＬ１４、Ｊ−ＬＡＫ１４、Ｈ−ＬａＫ５１Ａ、ＴＡＣ８、Ｎ−ＬＡＫ３４、Ｓ−ＬＡＬ１８、Ｊ−ＬＡＫ１８、Ｈ−ＬａＫ５２、ＦＤ６０−Ｗ、Ｎ−ＳＦ６、Ｓ−ＴＩＨ、Ｊ−ＳＦ６ＨＳ、Ｈ−ＺＦ７ＬＡＧＴ、ＦＤ２２５、Ｓ−ＮＰＨ、１Ｗ、Ｊ−ＳＦＨ１、Ｈ−ＺＦ７１、Ｅ−ＦＤＳ１−Ｗ、Ｎ−ＳＦ６６、Ｓ−ＮＰＨ、Ｈ−ＺＦ６２、Ｅ−ＦＤＳ２、ＦＤＳ１６−Ｗ、ＦＤＳ１８−Ｗ、Ｓ−ＮＰＨ、Ｈ−ＺＦ８８、ＦＤＳ２０−Ｗ、ＦＤＳ２４、ＦＤＳ９０−ＳＧ、Ｎ−ＳＦ５７、Ｓ−ＴＩＨ５３Ｗ、Ｊ−ＳＦ０３、Ｈ−ＺＦ５２ＧＴ、ＮＢＦＤ１０、Ｎ−ＬＡＳＦ４０、Ｓ−ＬＡＨ６０Ｖ、Ｊ−ＬＡＳＦ０１０、Ｈ−ＺＬａＦ５３Ｂ、ＮＢＦＤ１３、Ｎ−ＬＡＳＦ４３、Ｓ−ＬＡＨ５３Ｖ、Ｊ−ＬＡＳＦ０３、Ｈ−ＺＬａＦ５２Ａ、ＮＢＦＤ１５−Ｗ、Ｊ−ＬＡＳＦＨ６、Ｈ−ＺＬａＦ５６Ｂ、ＮＢＦＤ３０、ＴＡＦ１、Ｎ−ＬＡＦ３４、Ｓ−ＬＡＨ６６、Ｊ−ＬＡＳＦ０１６、Ｈ−ＬａＦ５０Ｂ、ＴＡＦ３Ｄ、Ｎ−ＬＡＳＦ４４、Ｓ−ＬＡＨ６５ＶＳ、Ｊ−ＬＡＳＦ０１５、Ｈ−ＺＬａＦ５０Ｅ、ＴＡＦＤ５Ｇ、Ｎ−ＬＡＳＦ４１、Ｓ−ＬＡＨ５５ＶＳ、Ｊ−ＬＡＳＦ０５、Ｈ−ＺＬａＦ５５Ｄ、ＴＡＦＤ２５、Ｎ−ＬＡＳＦ４６Ｂ、Ｓ−ＬＡＨ９５、Ｊ−ＬＡＳＦＨ１３ＨＳ、Ｈ−ＺＬａＦ７５Ｂ、ＴＡＦＤ３０、Ｎ−ＬＡＳＦ３１Ａ、Ｓ−ＬＡＨ５８、Ｊ−ＬＡＳＦ０８、Ｈ−ＺＬａＦ６８Ｎ、ＴＡＦＤ３２、ＴＡＦＤ３３、ＴＡＦＤ３５、Ｊ−ＬＡＳＦＨ９、Ｈ−ＺＬａＦ４ＬＡ、ＴＡＦＤ３７Ａ、Ｈ−ＺＬａＦ７８Ｂ、ＴＡＦＤ４０、Ｊ−ＬＡＳＦＨ１７ＨＳ、Ｈ−ＺＬａＦ９０、ＴＡＦＤ４５、Ｊ−ＬＡＳＦＨ２１、Ｈ−ＺＬａＦ８９Ｌ、ＴＡＦＤ５５、Ｓ−ＬＡＨ７９、Ｊ−ＬＡＳＦＨ１６、およびＴＡＦＤ６５からなる群から選択した。
【０２８５】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムのセットは、第１の材料とは異なる第２の材料から作られる。いくつかの実施形態では、第２の材料は、ＦＣＤ１、Ｎ−ＰＫ５２Ａ、Ｓ−ＦＰＬ５１、Ｊ−ＦＫ０１、Ｈ−ＦＫ６１、ＦＣＤ１０Ａ、Ｈ−ＦＫ７１、ＦＣＤ１００、Ｓ−ＦＰＬ５３、ＦＣＤ５１５、Ｓ−ＦＰＭ２、Ｊ−ＰＳＫＨ１、Ｈ−ＺＰＫ５、ＦＣＤ６００、ＦＣＤ７０５、ＰＣＤ４、Ｎ−ＰＳＫ５３Ａ、Ｓ−ＰＨＭ５２、Ｊ−ＰＳＫ０２、Ｈ−ＺＰＫ１Ａ、ＰＣＤ４０、ＰＣＤ５１、Ｓ−ＦＰＭ２、Ｊ−ＰＳＫＨ４、Ｈ−ＺＰＫ３、ＬＡＣ８、Ｎ−ＬＡＫ８、Ｓ−ＬＡＬ、Ｊ−ＬＡＫ８、Ｈ−ＬａＫ７Ａ、ＬＡＣ１４、Ｎ−ＬＡＫ１４、Ｓ−ＬＡＬ１４、Ｊ−ＬＡＫ１４、Ｈ−ＬａＫ５１Ａ、ＴＡＣ８、Ｎ−ＬＡＫ３４、Ｓ−ＬＡＬ１８、Ｊ−ＬＡＫ１８、Ｈ−ＬａＫ５２、ＦＤ６０−Ｗ、Ｎ−ＳＦ６、Ｓ−ＴＩＨ、Ｊ−ＳＦ６ＨＳ、Ｈ−ＺＦ７ＬＡＧＴ、ＦＤ２２５、Ｓ−ＮＰＨ、１Ｗ、Ｊ−ＳＦＨ１、Ｈ−ＺＦ７１、Ｅ−ＦＤＳ１−Ｗ、Ｎ−ＳＦ６６、Ｓ−ＮＰＨ、Ｈ−ＺＦ６２、Ｅ−ＦＤＳ２、ＦＤＳ１６−Ｗ、ＦＤＳ１８−Ｗ、Ｓ−ＮＰＨ、Ｈ−ＺＦ８８、ＦＤＳ２０−Ｗ、ＦＤＳ２４、ＦＤＳ９０−ＳＧ、Ｎ−ＳＦ５７、Ｓ−ＴＩＨ５３Ｗ、Ｊ−ＳＦ０３、Ｈ−ＺＦ５２ＧＴ、ＮＢＦＤ１０、Ｎ−ＬＡＳＦ４０、Ｓ−ＬＡＨ６０Ｖ、Ｊ−ＬＡＳＦ０１０、Ｈ−ＺＬａＦ５３Ｂ、ＮＢＦＤ１３、Ｎ−ＬＡＳＦ４３、Ｓ−ＬＡＨ５３Ｖ、Ｊ−ＬＡＳＦ０３、Ｈ−ＺＬａＦ５２Ａ、ＮＢＦＤ１５−Ｗ、Ｊ−ＬＡＳＦＨ６、Ｈ−ＺＬａＦ５６Ｂ、ＮＢＦＤ３０、ＴＡＦ１、Ｎ−ＬＡＦ３４、Ｓ−ＬＡＨ６６、Ｊ−ＬＡＳＦ０１６、Ｈ−ＬａＦ５０Ｂ、ＴＡＦ３Ｄ、Ｎ−ＬＡＳＦ４４、Ｓ−ＬＡＨ６５ＶＳ、Ｊ−ＬＡＳＦ０１５、Ｈ−ＺＬａＦ５０Ｅ、ＴＡＦＤ５Ｇ、Ｎ−ＬＡＳＦ４１、Ｓ−ＬＡＨ５５ＶＳ、Ｊ−ＬＡＳＦ０５、Ｈ−ＺＬａＦ５５Ｄ、ＴＡＦＤ２５、Ｎ−ＬＡＳＦ４６Ｂ、Ｓ−ＬＡＨ９５、Ｊ−ＬＡＳＦＨ１３ＨＳ、Ｈ−ＺＬａＦ７５Ｂ、ＴＡＦＤ３０、Ｎ−ＬＡＳＦ３１Ａ、Ｓ−ＬＡＨ５８、Ｊ−ＬＡＳＦ０８、Ｈ−ＺＬａＦ６８Ｎ、ＴＡＦＤ３２、ＴＡＦＤ３３、ＴＡＦＤ３５、Ｊ−ＬＡＳＦＨ９、Ｈ−ＺＬａＦ４ＬＡ、ＴＡＦＤ３７Ａ、Ｈ−ＺＬａＦ７８Ｂ、ＴＡＦＤ４０、Ｊ−ＬＡＳＦＨ１７ＨＳ、Ｈ−ＺＬａＦ９０、ＴＡＦＤ４５、Ｊ−ＬＡＳＦＨ２１、Ｈ−ＺＬａＦ８９Ｌ、ＴＡＦＤ５５、Ｓ−ＬＡＨ７９、Ｊ−ＬＡＳＦＨ１６、およびＴＡＦＤ６５からなる群から選択される。
【０２８６】
いくつかの実施形態では、第２のプリズムは、第１の材料および第２の材料とは異なる第３の材料から作られる。いくつかの実施形態では、第３の材料は、ＦＣＤ１、Ｎ−ＰＫ５２Ａ、Ｓ−ＦＰＬ５１、Ｊ−ＦＫ０１、Ｈ−ＦＫ６１、ＦＣＤ１０Ａ、Ｈ−ＦＫ７１、ＦＣＤ１００、Ｓ−ＦＰＬ５３、ＦＣＤ５１５、Ｓ−ＦＰＭ２、Ｊ−ＰＳＫＨ１、Ｈ−ＺＰＫ５、ＦＣＤ６００、ＦＣＤ７０５、ＰＣＤ４、Ｎ−ＰＳＫ５３Ａ、Ｓ−ＰＨＭ５２、Ｊ−ＰＳＫ０２、Ｈ−ＺＰＫ１Ａ、ＰＣＤ４０、ＰＣＤ５１、Ｓ−ＦＰＭ２、Ｊ−ＰＳＫＨ４、Ｈ−ＺＰＫ３、ＬＡＣ８、Ｎ−ＬＡＫ８、Ｓ−ＬＡＬ、Ｊ−ＬＡＫ８、Ｈ−ＬａＫ７Ａ、ＬＡＣ１４、Ｎ−ＬＡＫ１４、Ｓ−ＬＡＬ１４、Ｊ−ＬＡＫ１４、Ｈ−ＬａＫ５１Ａ、ＴＡＣ８、Ｎ−ＬＡＫ３４、Ｓ−ＬＡＬ１８、Ｊ−ＬＡＫ１８、Ｈ−ＬａＫ５２、ＦＤ６０−Ｗ、Ｎ−ＳＦ６、Ｓ−ＴＩＨ、Ｊ−ＳＦ６ＨＳ、Ｈ−ＺＦ７ＬＡＧＴ、ＦＤ２２５、Ｓ−ＮＰＨ、１Ｗ、Ｊ−ＳＦＨ１、Ｈ−ＺＦ７１、Ｅ−ＦＤＳ１−Ｗ、Ｎ−ＳＦ６６、Ｓ−ＮＰＨ、Ｈ−ＺＦ６２、Ｅ−ＦＤＳ２、ＦＤＳ１６−Ｗ、ＦＤＳ１８−Ｗ、Ｓ−ＮＰＨ、Ｈ−ＺＦ８８、ＦＤＳ２０−Ｗ、ＦＤＳ２４、ＦＤＳ９０−ＳＧ、Ｎ−ＳＦ５７、Ｓ−ＴＩＨ５３Ｗ、Ｊ−ＳＦ０３、Ｈ−ＺＦ５２ＧＴ、ＮＢＦＤ１０、Ｎ−ＬＡＳＦ４０、Ｓ−ＬＡＨ６０Ｖ、Ｊ−ＬＡＳＦ０１０、Ｈ−ＺＬａＦ５３Ｂ、ＮＢＦＤ１３、Ｎ−ＬＡＳＦ４３、Ｓ−ＬＡＨ５３Ｖ、Ｊ−ＬＡＳＦ０３、Ｈ−ＺＬａＦ５２Ａ、ＮＢＦＤ１５−Ｗ、Ｊ−ＬＡＳＦＨ６、Ｈ−ＺＬａＦ５６Ｂ、ＮＢＦＤ３０、ＴＡＦ１、Ｎ−ＬＡＦ３４、Ｓ−ＬＡＨ６６、Ｊ−ＬＡＳＦ０１６、Ｈ−ＬａＦ５０Ｂ、ＴＡＦ３Ｄ、Ｎ−ＬＡＳＦ４４、Ｓ−ＬＡＨ６５ＶＳ、Ｊ−ＬＡＳＦ０１５、Ｈ−ＺＬａＦ５０Ｅ、ＴＡＦＤ５Ｇ、Ｎ−ＬＡＳＦ４１、Ｓ−ＬＡＨ５５ＶＳ、Ｊ−ＬＡＳＦ０５、Ｈ−ＺＬａＦ５５Ｄ、ＴＡＦＤ２５、Ｎ−ＬＡＳＦ４６Ｂ、Ｓ−ＬＡＨ９５、Ｊ−ＬＡＳＦＨ１３ＨＳ、Ｈ−ＺＬａＦ７５Ｂ、ＴＡＦＤ３０、Ｎ−ＬＡＳＦ３１Ａ、Ｓ−ＬＡＨ５８、Ｊ−ＬＡＳＦ０８、Ｈ−ＺＬａＦ６８Ｎ、ＴＡＦＤ３２、ＴＡＦＤ３３、ＴＡＦＤ３５、Ｊ−ＬＡＳＦＨ９、Ｈ−ＺＬａＦ４ＬＡ、ＴＡＦＤ３７Ａ、Ｈ−ＺＬａＦ７８Ｂ、ＴＡＦＤ４０、Ｊ−ＬＡＳＦＨ１７ＨＳ、Ｈ−ＺＬａＦ９０、ＴＡＦＤ４５、Ｊ−ＬＡＳＦＨ２１、Ｈ−ＺＬａＦ８９Ｌ、ＴＡＦＤ５５、Ｓ−ＬＡＨ７９、Ｊ−ＬＡＳＦＨ１６、およびＴＡＦＤ６５からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、第２のプリズムは、第１の材料から作られる。
【０２８７】
いくつかの実施形態では、第３のプリズムは、第１の材料から作られる。いくつかの実施形態では、第３のプリズムは、第１の材料、第２の材料、および第３の材料とは異なる第４の材料から作られる。
【０２８８】
いくつかの実施形態では、第１のプリズムおよび第３のプリズムは、同一の形状を有する。
【０２８９】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムのセットは、反射的に対称な形状を有する（例えば、図１８Ａに示した１つまたは複数のプリズムのセットの前面図は、光軸に垂直である軸に対して反射的に対称である形状を有する）。
【０２９０】
いくつかの実施形態では、第２のプリズムは、反射的に対称な形状を有する（例えば、図１８Ａに示した第２のプリズムの前面図は、光軸に垂直である軸に対して反射的に対称である形状を有する）。例えば、図１８Ａに示した第２のプリズムは、二等辺三角形の形状を有する。
【０２９１】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリは、（例えば、プリズム・アセンブリの長さに沿った）光軸を規定し、そして第１のプリズムが第１の光学表面および第２の光学表面を含め少なくとも２つの光学表面を有し、第１の光学表面が光軸に垂直ではない。例えば、図１８Ｂに示したプリズム１８１０の第１の表面１８１２は、光学表面でありそして（図１８Ｂの水平軸に沿った）光軸に垂直ではない。
【０２９２】
いくつかの実施形態では、第１のプリズムの第２の光学表面は、光軸に垂直ではない。例えば、図１８Ｂに示したプリズム１８１０の第２の表面１８１４は、光学表面でありそして光軸に垂直ではない。
【０２９３】
いくつかの実施形態では、第３のプリズムは、第１の光学表面および第２の光学表面を含め少なくとも２つの光学表面を有し、第１の光学表面が光軸に垂直ではない。例えば、第３のプリズム１８４０の第１の表面１８４２は、光学表面でありそして光軸に垂直ではない。
【０２９４】
いくつかの実施形態では、第３のプリズムの第２の光学表面は、光軸に垂直ではない。例えば、第３のプリズム１８４０の第２の表面１８４４は、光学表面でありそして光軸に垂直ではない。
【０２９５】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムのセットは、単一プリズム（例えば、図１８Ｂに示したプリズム１８２０）を含む。
【０２９６】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムのセット１８２０の表面１８２２、１８２４、１８２６および１８２８ならびにプリズム１８３０の表面１８３２および１８３４は、光学表面である（例えば、各々の表面は、λ／４などのλ／２以下の表面凹凸、および４０−２０スクラッチ−ディグまたは２０−１０スクラッチ−ディグなどの６０−４０スクラッチ−ディグまたはより優れた表面品質を有する）。
【０２９７】
いくつかの実施形態では、第１のプリズム１８１０の表面１８１６および１８１８、１つまたは複数のプリズムのセット１８２０の表面１８２９、第２のプリズム１８３０の表面１８３６、第３のプリズム１８４０の表面１８４６および１８４８は非光学表面である。いくつかの実施形態では、表面１８１６、１８１８、１８２９、１８３６、１８４６および１８４８のうちの１つまたは複数は、光の透過を妨げるために（例えば、光学的に不透明な材料を用いて）コーティングされる。
【０２９８】
いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリ１８００は、５０ｍｍ未満（例えば、４５ｍｍ、４０ｍｍ、３５ｍｍ、３０ｍｍ、等）である長さを有する。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリ１８００は、１０ｍｍ未満（例えば、９．５ｍｍ、９．０ｍｍ、８．５ｍｍ、８ｍｍ、等）である高さ（例えば、最上部表面と底面との間の距離）を有する。いくつかの実施形態では、プリズム・アセンブリ１８００は、８ｍｍ未満（例えば、７．５ｍｍ、７．０ｍｍ、６．５ｍｍ、６．０ｍｍ、等）である幅（例えば、前面と後面との間の距離）を有する。
【０２９９】
いくつかの実施形態では、表面１８１２および１８１８は、９０°と１８０°との間（例えば、１２０°、１３０°、１４０°、または１５０°などの、１００°と１７０°との間、１１０°と１６０°との間、等）である角度を形成する。いくつかの実施形態では、表面１８１６および１８１８は、互いに実質的に垂直である。いくつかの実施形態では、表面１８１２および１８１４は、７０°と１３０°との間（例えば、８０°と１２０°との間、９０°と１１０°との間、９５°と１０５°との間、等）である角度を形成する。いくつかの実施形態では、表面１８１４および１８１６は、３０°と８０°との間（例えば、４０°と７０°との間、４０°と５０°との間、５０°と６０°との間、６０°と７０°との間、等）である角度を形成する。いくつかの実施形態では、表面１８３２および１８３６は、１０°と６０°との間（例えば、２０°と５０°との間、２０°と３０°との間、３０°と４０°との間、４０°と５０°との間、等）である角度を形成する。
【０３００】
図１８Ｃおよび図１８Ｄは、いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリおよびその構成部材を図示する。図１８Ｃおよび図１８Ｄに示したプリズム・アセンブリは、図１８Ｃおよび図１８Ｄに示した１つまたは複数のプリズムのセットが２つのプリズム１８５０および１８６０を含むことを除いて図１８Ａおよび図１８Ｂに示したプリズム・アセンブリ１８００に類似している。
【０３０１】
このように、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムのセットは、（図１８Ｃおよび図１８Ｄに示したように）２つのプリズムから構成される。
【０３０２】
いくつかの実施形態では、プリズム１８５０は、プリズム１８６０の表面１８６２と結合される表面１８５２を有する。いくつかの実施形態では、表面１８５２および表面１８６２は非光学表面（例えば、λ／２よりも大きい表面凹凸および／または６０−４０スクラッチ−ディグよりも悪い表面品質を有する表面）である。いくつかの実施形態では、表面１８５２および１８６２のうちの１つまたは複数は、光の透過を妨げるために（例えば、光学的に不透明な材料を用いて）コーティングされる。
【０３０３】
図１８Ｅおよび図１８Ｆは、いくつかの実施形態によるプリズム・アセンブリおよびその構成部材を図示する。図１８Ｅおよび図１８Ｆに示したプリズム・アセンブリは、図１８Ｅおよび図１８Ｆに示した１つまたは複数のプリズムのセットが少なくとも２つのプリズム１８７０および１８８０を含むことを除いて図１８Ａおよび図１８Ｂに示したプリズム・アセンブリ１８００に類似している。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムのセットは、プリズム１８９０をやはり含む。
【０３０４】
このように、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムのセットは、３つのプリズム（例えば、プリズム１８７０、１８８０、および１８９０）から構成される。いくつかの実施形態では、プリズム１８７０の表面１８７２およびプリズム１８８０の表面１８８２は、非光学表面である。いくつかの実施形態では、表面１８７２および１８８２のうちの１つまたは複数は、光の透過を妨げるために（例えば、光学的に不透明な材料を用いて）コーティングされる。
【０３０５】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプリズムのセットは、４つ以上のプリズムを含む。
【０３０６】
図１９Ａは、図１８Ａ〜図１８Ｂに示したプリズム・アセンブリを通過する光線を図示する。
【０３０７】
図１９Ｂは、いくつかの実施形態にしたがって図１８Ａ〜図１８Ｂに示したプリズム・アセンブリを用いる分光装置内の光線を図示する。図１９Ｂに示した分光装置は、プリズム・アセンブリ１８００がプリズム・アセンブリ１３１０の代わりに使用されることを除いて図１３に示した分光装置に類似している。
【０３０８】
プリズム・アセンブリ１８００は、１つまたは複数のレンズの第１のセット１１０７が１つまたは複数のレンズの第２のセット１１０９の光軸に平行である光軸を有する配置を図１９Ｂに示した分光装置が有することを可能にする。このことは、順に、小型の分光装置構成を可能にする（例えば、分光装置の幅が図１２Ａ〜図１２Ｅに示した他の分光装置に比較して縮小される）。
【０３０９】
いくつかの実施形態によれば、光を分析するための装置（例えば、図１９Ｂに示した分光装置）は、光を受けるための入力アパーチャ、入力アパーチャからの光を中継するように構成された１つまたは複数のレンズの第１のセット、および本明細書において説明したいずれかのプリズム・アセンブリを含む。プリズム・アセンブリは、１つまたは複数のレンズの第１のセットからの光を分散させるように構成される。装置は、プリズム・アセンブリからの分散された光を集光するように構成された１つまたは複数のレンズの第２のセット、および１つまたは複数のレンズの第２のセットからの光を電気信号に変換するために構成されたアレイ検出器もやはり含む。
【０３１０】
図２０Ａは、いくつかの実施形態による、図１９Ｂに示した分光装置内の光の分散を図示する。異なる波長（例えば、７００ｎｍ、７５０ｎｍ、８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ、および１０００ｎｍ）を有する光は、分散されそしてアレイ検出器の上のそれぞれの場所に集光される。
【０３１１】
図２０Ｂは、いくつかの実施形態による、プリズム・アセンブリの移動より引き起こされるスペクトルのシフトを図示する。
【０３１２】
図２０Ｂに示したように、（紙面内のプリズム・アセンブリの光軸に垂直であるｙ方向のまたは紙面外のプリズム・アセンブリの光軸に垂直であるｘ方向の）プリズム・アセンブリの回転または並進移動は、スペクトルの小さなシフトを生じさせるに過ぎない。このように、図１８Ａ〜図１８Ｆに示したプリズム・アセンブリは、光学部品（例えば、鏡またはプリズム）の何らかの回転または並進移動によるミスアライメントに対して、１つまたは複数の鏡および従来の分散光学素子を用いる分光装置よりもより強い分光装置を可能にする。
【０３１３】
説明の目的で上記の説明を、具体的な実施形態を参照して説明してきている。しかしながら、上記の例示的な検討は、網羅的でも、開示した厳密な形態に本発明を限定するものでもない。多くの修正形態および変形形態が、上記の教示の観点において可能である。実施形態は、本発明の原理およびその実際的な応用を最も良く説明するために選択され説明されており、これによって、当業者が本発明および想定される特定の使用に適するような様々な修正形態をともなう様々な実施形態を上手く利用することを可能にする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2021501314.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
2021501314.tif 000055
2021501314.tif 000056