(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折格子としてのボリューム・フェイズ・ホログラムと、
前記ボリューム・フェイズ・ホログラムの屈折率よりも高屈折率の第１のプリズムと、
前記ボリューム・フェイズ・ホログラムの屈折率よりも高屈折率の第２のプリズムと
を有し、
前記ボリューム・フェイズ・ホログラムを鏡映面として前記第１のプリズムの頂角と前記第２のプリズムの頂角とが略鏡映対称となるように前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとが配置されており、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとによって前記ボリューム・フェイズ・ホログラムを挟み込んで形成し、外部から前記第１のプリズムの表面を介して光が入射され、前記第１のプリズム内に入射された光は前記ボリューム・フェイズ・ホログラムを通過して前記第２のプリズム内に入射され、前記第２のプリズム内に入射された光は前記第２のプリズムの表面を介して外部へ出射される
ものであるグリズム。
【請求項２】
請求項１に記載のグリズムにおいて、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとはそれぞれ断面が直角三角形であり、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムとが前記ボリューム・フェイズ・ホログラムを鏡映面として前記第１のプリズムの断面の直角と前記第２のプリズムの断面の直角とが略鏡映対称となるように配置されている
ことを特徴とするグリズム。
【請求項３】
請求項１または２のいずれか１項に記載のグリズムにおいて、
前記第１のプリズムの屈折率は、１．５〜４であり、
前記第２のプリズムの屈折率は、１．５〜４である
グリズム。
【請求項４】
請求項１または２のいずれか１項に記載のグリズムにおいて、
前記第１のプリズムを構成する材料は硫化亜鉛またはニオブ酸リチウムのいずれかであり、
前記第２のプリズムを構成する材料は硫化亜鉛またはニオブ酸リチウムのいずれかであり、
前記ボリューム・フェイズ・ホログラムを構成する材料は重クロムゼラチンである
グリズム。
【請求項５】
請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載のグリズムにおいて、
前記第１のプリズムの頂角と前記第２のプリズムの頂角との和が、前記第１のプリズムの屈折率と前記ボリューム・フェイズ・ホログラムの屈折率とにより決定される臨界角以上である
グリズム。
【請求項６】
請求項５に記載のグリズムにおいて、
前記第１のプリズムの屈折率と前記第２のプリズムの屈折率とが等しい
ことを特徴とするグリズム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グリズムに関し、さらに詳細には、天体観測装置などに用いて好適なグリズムに関する。
【０００２】
なお、グリズム（ｇｒｉｓｍ）とは、任意の次数、任意の波長を直進させるようにプリズムと回折格子とを組み合わせた透過型直視分散素子である。
【０００３】
【従来の技術】
近年、天文学の分野においては、２次元検出器の進歩により、撮像機能と分光機能との両方の機能を備えた多数の観測装置が開発されてきており、こうした観測装置においては、分散素子としてグリズムが用いられている。
【０００４】
ここで、回折格子として、所謂、レプリカ格子を備えた高分散のグリズムが提案されているが、こうしたグリズムにおいては、レプリカ格子を構成する材料たる樹脂の屈折率が１．５程度であるので、例えば、レプリカ格子が添設されるプリズムの屈折率が２．３程度の場合には、プリズムの頂角が４０°程度であっても臨界角を越えてしまい、高い分解能を得ることができないという問題点があった。
【０００５】
また、上記したレプリカ格子を備えた高分散のグリズムは、臨界角を越えない範囲においては使用可能であることは勿論であるが、効率の点で不利であるという問題点があった。
【０００６】
なお、プリズムの表面に直接的に回折格子を加工形成することができるのであれば、高い効率を得ることができるものであるが、深さ１μｍ以上の回折格子をプリズムの表面に直接加工することは困難であり、量産化することが難しくコスト高になるという問題点が指摘されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記したような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プリズムの頂角を大きくしても臨界角を越えることがないようにするとともに、効率を向上することができ、しかも量産化が可能であって低コスト化を実現することができるグリズムを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるグリズムは、高屈折率の材料よりなるプリズムとボリューム・フェイズ・ホログラム（Ｖｏｌｕｍｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｈｏｌｏｇｒａｍ：ＶＰＨ）とを組み合わせて構成するようにしたものである。
【０００９】
即ち、本発明のうち請求項１に記載の発明は、回折格子としてのボリューム・フェイズ・ホログラムと、上記ボリューム・フェイズ・ホログラムの屈折率よりも高屈折率の第１のプリズムと、 上記ボリューム・フェイズ・ホログラムの屈折率よりも高屈折率の第２のプリズムとを有し、上記ボリューム・フェイズ・ホログラムを鏡映面として上記第１のプリズムの頂角と上記第２のプリズムの頂角とが略鏡映対称となるように上記第１のプリズムと上記第２のプリズムとが配置されており、上記第１のプリズムと上記第２のプリズムとによって上記ボリューム・フェイズ・ホログラムを挟み込んで形成し、外部から上記第１のプリズムの表面を介して光が入射され、上記第１のプリズム内に入射された光は上記ボリューム・フェイズ・ホログラムを通過して上記第２のプリズム内に入射され、上記第２のプリズム内に入射された光は上記第２のプリズムの表面を介して外部へ出射されるようにしたものである。
【００１０】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記第１のプリズムと上記第２のプリズムとはそれぞれ断面が直角三角形であり、上記第１のプリズムと上記第２のプリズムとが上記ボリューム・フェイズ・ホログラムを鏡映面として上記第１のプリズムの断面の直角と上記第２のプリズムの断面の直角とが略鏡映対称となるように配置されるようにしたものである。
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、本発明のうち請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記第１のプリズムの屈折率が１．５〜４であり、上記第２のプリズムの屈折率が１．５〜４であるようにしたものである。
【００１１】
また、本発明のうちの請求項４に記載の発明は、本発明のうちの請求項１または２のいずれか１項に記載の発明において、上記第１のプリズムを構成する材料は硫化亜鉛またはニオブ酸リチウムのいずれかであり、上記第２のプリズムを構成する材料は硫化亜鉛またはニオブ酸リチウムのいずれかであり、上記ボリューム・フェイズ・ホログラムを構成する材料は重クロムゼラチンであるようにしたものである。
【００１２】
また、本発明のうちの請求項５に記載の発明は、本発明のうちの請求項１、２、３または４のいずれか１項に記載の発明において、上記第１のプリズムの頂角と上記第２のプリズムの頂角との和が、上記第１のプリズムの屈折率と上記ボリューム・フェイズ・ホログラムの屈折率とにより決定される臨界角以上であるようにしたものである。
また、本発明のうちの請求項６に記載の発明は、本発明のうちの請求項５に記載の発明において、上記第１のプリズムの屈折率と上記第２のプリズムの屈折率とを等しくしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるグリズムの実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。
【００１４】
図１には、本発明によるグリズムの概念構成説明図が示されているが、このグリズム１０は、高屈折率の第１プリズム１２と高屈折率の第２プリズム１４とによって、回折格子としてのボリューム・フェイズ・ホログラム１６を挟み込むようにして構成されている。
【００１５】
ここで、高屈折率の第１プリズム１２と高屈折率の第２プリズム１４とを構成する材料としては、例えば、硫化亜鉛（ＺｎＳ）やニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）などの誘電体または半導体を用いることができ、屈折率はいずれも２．３程度の高屈折率である。
【００１６】
なお、第１プリズム１２と第２プリズム１４との屈折率は、それぞれ１．５〜４であることが好ましい。
【００１７】
また、この実施の形態においては、第１プリズム１２と第２プリズム１４とは、同一の材料により構成されているものとする。
【００１８】
また、ボリューム・フェイズ・ホログラム１６を構成する材料としては、例えば、重クロムゼラチンなどの樹脂を用いることができる。なお、重クロムゼラチンの屈折率は、硫化亜鉛やニオブ酸リチウムの屈折率である２．３程度よりも小さい１．５程度である。
【００１９】
ここで、硫化亜鉛、ニオブ酸リチウムならびに重クロムゼラチンは、可視域の波長の光に対して透明であるので、第１プリズム１２と第２プリズム１４とを構成する材料として硫化亜鉛やニオブ酸リチウムを用いるとともに、ボリューム・フェイズ・ホログラム１６を構成する材料として重クロムゼラチンを用いたグリズム１０は、可視光を分散させるために用いることができるものである。
【００２０】
次に、図１に示すグリズム１０をさらに詳細に説明すると、断面が直角三角形を形成する第１プリズム１２と第２プリズム１４との直角（９０°）を形成する一辺１２ａ、１４ａ同士を対面させるとともに、第１プリズム１２の頂角αと第２プリズム１４の頂角βとがボリューム・フェイズ・ホログラム１６を挟んで対面するようにして、第１プリズム１２と第２プリズム１４とによってボリューム・フェイズ・ホログラム１６を挟み込んでいて、ボリューム・フェイズ・ホログラム１６を鏡映面として第１プリズム１２の頂角αと第２プリズム１４の頂角βとが略鏡映対称となるように第１プリズム１２と第２プリズム１４とが配置されている。
【００２１】
そして、このグリズム１０においては、外部から第１プリズム１２の表面を介して光が入射され、第１プリズム１２内に入射された光はボリューム・フェイズ・ホログラム１６を通過して第２プリズム１４内に入射され、第２プリズム１４内に入力された光は第２プリズム１４の表面を介して外部へ出射されることになる。
【００２２】
ここで、第１プリズム１２の屈折率を「ｎ１」とし、ボリューム・フェイズ・ホログラム１６の屈折率を「ｎ２」とすると、第１プリズム１２の頂角αの臨界角は、以下のようにして求めることができる。
【００２３】
即ち、図１において、第１プリズム１２における光の入射面１２ｂおよび第１プリズム１２とボリューム・フェイズ・ホログラム１６との界面における屈折の式は、次の式（１）および式（２）である。
【００２４】
【数１】
0004460117.tif 000002
【数２】
0004460117.tif 000003
ここで、「α−θ１」が臨界角の場合には、θ２が９０°、即ち、
【数３】
0004460117.tif 000004
が１．０であるので、
【数４】
0004460117.tif 000005
である。
【００２５】
上記した式（３）に式（１）を代入すると、頂角αに関する式（４）が得られる。
【００２６】
【数５】
0004460117.tif 000006
この式（４）により、第１プリズム１２の頂角αの臨界角が示されるものである。
【００２７】
また、頂角βに関しても、上記と同様な手法により、その臨界角を得ることができる。
【００２８】
なお、このグリズム１０においては、頂角αと頂角βとは同一の角度に設定されている。
【００２９】
ここで、「ｎ１＝２．３」、「ｎ２＝１．５」とすると、上記した式（４）から、第１プリズム１２の頂角αの臨界角として「α＝６３．６°」という大きな値を得ることができる。
【００３０】
ｎ１とｎ２との臨界角は４０．７°であるので、このグリズム１０と従来のレプリカ格子のグリズムとの光路差は、
２ｔａｎ（６３．６）／ｔａｎ（４０．７）＝４．７
となる。即ち、グリズム１０によれば、従来のグリズムの約４．７倍の分解能を得ることができるものである。
【００３１】
このように、第１プリズム１２の頂角αのみでもｎ１とｎ２との臨界角は４０．７°以上を得ることができるものであり、さらに、このグリズム１０においては第２プリズム１４の頂角βも存在するものであるから、頂角αと頂角βとを合わせた角度（頂角αと頂角βとの和）は容易にｎ１とｎ２との臨界角は４０．７°以上とすることができる。
【００３２】
つまり、本発明によるグリズム１０によれば、第１プリズム１２の材料としてニオブ酸リチウムを用いるとともに、ボリューム・フェイズ・ホログラム１６の材料として重クロムゼラチンを用いることにより、「ｎ１＝２．３」かつ「ｎ２＝１．５」である場合において、頂角αを４０°以上にとっても臨界角を越えることがない。
【００３３】
このように、少なくとも頂角αと頂角βとの和を、ｎ１とｎ２との臨界角を越える角度に設定することが可能であるので、本発明によるグリズム１０は従来のグリズムよりも確実に高い分解能を得ることができることになる。
【００３４】
従って、本発明によるグリズム１０によれば、高分解能であり、かつ、高効率のグリズムを実現することができる。
【００３５】
また、本発明によるグリズム１０によれば、上記したように、従来のレプリカ格子のグリズムより頂角を大きくすることが可能であるため、グリズム全体の小型化を図ることができるようになる。
【００３６】
さらに、イオン・エッチングなどによりプリズムに直接に回折格子を加工して製造するグリズムよりも、本発明によるグリズム１０は量産化が容易であって、コストも大幅に低減することができる。
【００３７】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）〜（６）に示すように変形することができるものである。
【００３８】
（１）上記した実施の形態においては、第１プリズム１２と第２プリズム１４との材料として、硫化亜鉛とニオブ酸リチウムとを示したが、これに限られるものではないことは勿論であり、高屈折率（例えば、屈折率が１．５〜４程度である。）かつグリズムを透過させたい光の波長に対して透明な材料を適宜に用いることができる。例えば、赤外域の波長の光をグリズムに透過させたい場合には、高屈折率かつ赤外域の波長の光に対して透明な材料である砒化ガリウム（ＧａＡｓ）などを用いることができる。ここで、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の屈折率は３．５程度である。
【００３９】
（２）上記した実施の形態においては、第１プリズム１２と第２プリズム１４とは、同じ材料を用いて構成するものとしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、第１プリズム１２と第２プリズム１４とを互いに異なる材料により形成してもよく、その際に、第１プリズム１２の屈折率と第２プリズム１４の屈折率とが異なるようにしてもよい。
【００４０】
（３）上記した実施の形態においては、ボリューム・フェイズ・ホログラム１６を構成する材料として、重クロムゼラチンなどの樹脂を示したが、これに限られるものではないことは勿論である。即ち、ボリューム・フェイズ・ホログラム１６の屈折率は、第１プリズム１２と第２プリズム１４との屈折率より小さい屈折率であればよいので、このような屈折率を備えるとともに、グリズムを透過させたい光の波長に対して透明な材料を適宜に用いることができる。
【００４１】
（４）上記した実施の形態においては、第１プリズム１２の頂角αと第２プリズム１４の頂角βとを同一の角度としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、第１プリズム１２の頂角αと第２プリズム１４の頂角βとが異なる角度であってもよい。
【００４２】
（５）上記した実施の形態においては、第１プリズム１２と第２プリズム１４との形状は、それぞれ断面が直角三角形を形成するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、第１プリズム１２と第２プリズム１４とはそれぞれの任意の形状とすることができる。
【００４３】
（６）上記した実施の形態ならびに上記した（１）〜（５）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、プリズムの頂角を大きくしても臨界角を越えることがないようにするとともに、効率を向上することができ、しかも量産化が可能であって低コスト化を実現することができるグリズムを提供することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による本発明によるグリズムの概念構成説明図である。
【符号の説明】
１０      グリズム
１２      第１プリズム
１２ａ    第１プリズムにおける直角（９０°）を形成する一辺
１２ｂ    入射面
１４      第２プリズム
１４ａ    第２プリズムにおける直角（９０°）を形成する一辺
１６      ボリューム・フェイズ・ホログラム
【図１】
0004460117.tif 000007