特表 2015-535342 ハイパースペクトルイメージングシステム、モノリシック分光計及びモノリシック分光計を作製する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2015-535342(P2015-535342A)

(43)【公表日】2015年12月10日

(54)【発明の名称】ハイパースペクトルイメージングシステム、モノリシック分光計及びモノリシック分光計を作製する方法

(51)【国際特許分類】

   G01J 3/18 20060101AFI20151113BHJP

   G01J 3/04 20060101ALI20151113BHJP

   G01J 3/40 20060101ALI20151113BHJP

   B23B 1/00 20060101ALI20151113BHJP

   B23B 27/20 20060101ALI20151113BHJP

【ＦＩ】

   G01J3/18

   G01J3/04

   G01J3/40

   B23B1/00 Z

   B23B27/20

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2015-539828(P2015-539828)

(86)(22)【出願日】2013年10月25日

(85)【翻訳文提出日】2015年6月29日

(86)【国際出願番号】US2013066763

(87)【国際公開番号】WO2014084995

(87)【国際公開日】20140605

(31)【優先権主張番号】61/720,658

(32)【優先日】2012年10月31日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US

(71)【出願人】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】コムストック，ロヴェル エルジン セカンド

(72)【発明者】

【氏名】ウィギンス，リチャード リントン

【テーマコード（参考）】

2G020

3C045

3C046

【Ｆターム（参考）】

2G020AA03

2G020AA04

2G020BA20

2G020CB04

2G020CC02

2G020CC05

2G020CC42

2G020CC63

2G020CD24

3C045AA10

3C046HH00

(57)【要約】

ハイパースペクトルイメージングシステム、モノリシックオフナー分光計及びモノリシックオフナー分光計を作製するための２つの方法が明細書に説明される。一実施形態において、モノリシックオフナー分光計１０２は、（１）不透明材料が被着されている入光面−不透明材料からはスリット１０８を形成する領域が除去されている、（２）第１ミラー１１４を形成するために第１の反射性コーティングが施されている第１の表面、（３）回折格子１２０を形成するために第２の反射性コーティングが施されている第２の表面、（４）第２ミラー１２４を形成するために第３の反射性コーティングが施されている第３の表面、及び（５）出光面１３０を有する、透光性材料１０１を有する。必要に応じて、透光性材料は第１折返しミラー１０５’を形成するために第４の反射性コーティングが施されている第４の表面１１１’も有することができる。さらに、透光性材料は第２折返しミラー１４０”を形成するために第５の反射性コーティングが施されている第５の表面１４４”も有することができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

遠隔物体を撮像するためのハイパースペクトルイメージングシステム（１００，１００’，１００”）において、前記ハイパースペクトルイメージングシステムが、
ハウジング（１０７，１０７’，１０７”）、
前記ハウジングに取り付けられた前置光学系（１０４，１０４’，１０４”）であって、前記遠隔物体からビーム（１３２，１３２”，１３２^iv）を受け取るように構成された前置光学系、
前記ハウジングに取り付けられた検出器（１０６，１０６’，１０６”）、及び
前記ハウジングの内部に配置されたモノリシックオフナー分光計（１０２，１０２’，１０２”）、
を備え、
前記モノリシックオフナー分光計が、
透光性材料（１０１，１０１’，１０１”）、
を有し、前記透光性材料が、
前記前置光学系からビームを受け取り、前記前置光学系から受け取った前記ビームの一部を通過させるために構成された、スリット（１０８，１０８’，１０８”）を形成する開口を有する不透明材料（１１０，１１０’，１１０”）が被着されている、入光面（１１２，１１２’，１１２”）、
前記スリットを通過した前記ビームを受け取って反射するために構成された第１ミラー（１１４，１１４’，１１４”）を形成するために第１の反射性コーティング（１１６，１１６’，１１６”）が施されている、第１の表面（１１８，１１８’，１１８”）、
前記第１ミラーから前記ビームを受け取り、前記受け取ったビームを回折して反射するために構成された回折格子（１２０，１２０’，１２０”）を形成するために第２の反射性コーティング（１２１，１２１’，１２１”）が施されている、第２の表面（１２２，１２２’，１２２”）、
前記回折格子から前記回折ビーム（１３２’，１３２’’’，１３２^ｖ）を受け取って、前記受け取った回折ビームを反射するために構成された第２ミラー（１２４，１２４’，１２４”）を形成するために第３の反射性コーティング（１２６，１２６’，１２６”）が施されている、第３の表面（１２８，１２８’，１２８”）、
及び
前記第２ミラーから反射された前記回折ビームを前記検出器に向けて通過させるための、出光面（１３０，１３０’，１３０”）、
を有する、ハイパースペクトルイメージングシステム。

【請求項2】

前記透光性材料が、第１折返しミラー（１０５’）を形成するために第４の反射性コーティング（１０９’）が施されている第４の表面（１１１’）をさらに有し、前記第１折返しミラーが、前記スリットを通過した前記ビームを受け取り、前記受け取ったビームを前記第１ミラーに向けて反射するように、前記スリットと前記第１ミラーに対して配置されることを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトルイメージングシステム。

【請求項3】

前記透光性材料が、第２折返しミラー（１４０”）を形成するために第５の反射性コーティング（１４２”）が施されている第５の表面（１４４”）をさらに有し、前記第２折返しミラーが、前記第２ミラーから前記回折ビームを受け取り、前記受け取った回折ビームを前記出光面に向けて反射するように、前記第２ミラーと前記出光面に対して配置されることを特徴とする請求項２に記載のハイパースペクトルイメージングシステム。

【請求項4】

前記モノリシックオフナー分光計が式：

【数1】

にしたがって構成され、
ここで、
ｄｘ/ｄλは４〜２００ｍｍ/μｍの範囲にある線分散である、
ｆは、前記回折格子と前記焦点面検出器の間で測定される、１０〜３００ｍｍの範囲にある焦点距離である、
ｄは３〜１０００μｍの範囲にある線格子の周期である、
ｎは１〜１０の範囲にある回折次数である、
Φは１°〜３０°の範囲にあるエバート角であり、入射光と法線の間で測定される、及び
θは０.２°〜４５°の範囲にある回折角であり、０次光と回折光の間で測定される、
ことを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトルイメージングシステム。

【請求項5】

前記透光性材料が、フッ化バリウム、塩化銀または三硫化二ヒ素から選ばれることを特徴とする請求項１に記載のハイパースペクトルイメージングシステム。

【請求項6】

モノリシックオフナー分光計（１０２，１０２’，１０２”）において、
透光性材料（１０１，１０１’，１０１”）、
を有し、前記透光性材料が、
ビームを受け取り、前記ビームの一部を通過させるために構成されたスリット（１０８，１０８’，１０８”）を形成する、開口を有する不透明材料（１１０，１１０’，１１０”）が被着されている、入光面（１１２，１１２’，１１２”）、
前記スリットを通過した前記ビームを受け取って反射するために構成された第１ミラー（１１４，１１４’，１１４”）を形成するために第１の反射性コーティング（１１６，１１６’，１１６”）が施されている、第１の表面（１１８，１１８’，１１８”）、
前記第１ミラーから前記ビームを受け取り、前記受け取ったビームを回折して反射するために構成された回折格子（１２０，１２０’，１２０”）を形成するために第２の反射性コーティング（１２１，１２１’，１２１”）が施されている、第２の表面（１２２，１２２’，１２２”）、
前記回折格子から前記回折ビーム（１３２’，１３２’’’，１３２^ｖ）を受け取り、前記受け取った回折ビームを反射するために構成された第２ミラー（１２４，１２４’，１２４”）を形成するために第３の反射性コーティング（１２６，１２６’，１２６”）が施されている、第３の表面（１２８，１２８’，１２８”）、
及び
前記第２ミラーから反射された前記回折ビームを通過させるための、出光面（１３０，１３０’，１３０”）、
を有する、モノリシックオフナー分光計。

【請求項7】

モノリシックオフナー分光計（１０２，１０２’，１０２”）を作製する方法（２００，８００，１２００）において、前記方法が、
透光性材料（１０１，１０１’，１０１”）に入光面（１１２，１１２’，１１２”）を形成するために前記透光性材料をダイアモンド加工し、前記入光面に不透明材料（１１０，１１０’，１１０”）を被着し、次いで、スリット（１０８，１０８’，１０８”）を形成するために前記不透明材料の一部を除去する工程（２０４，８０４，１２０４）、
前記透光性材料に第１の表面（１１８，１１８’，１１８”）を形成するために前記透光性材料をダイアモンド加工し、次いで、第１ミラー（１１４，１１４’，１１４”）を形成するために前記第２の表面に第１の反射性コーティング（１１６，１１６’，１１６”）を施す工程（２０６，８０６，１２０８）、
前記透光性材料に第２の表面（１２２，１２２’，１２２”）を形成するために前記透光性材料をダイアモンド加工し、次いで、回折格子（１２０，１２０’，１２０”）を形成するために前記第２の表面に第２の反射性コーティング（１２１，１２１’，１２１”）を施す工程（２０８，８１０，１２１０）、
前記透光性材料に第３の表面（１２８，１２８’，１２８”）を形成するために前記透光性材料をダイアモンド加工し、次いで、第２ミラー（１２４，１２４’，１２４”）を形成するために前記第３の表面に第３の反射性コーティング（１２６，１２６’，１２６”）を施す工程（２１０，８１２，１２１２）、及び
前記透光性材料に出光面（１３０，１３０’，１３０”）を形成するために前記透光性材料をダイアモンド加工する工程（２１２，８１４，１２１６）、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項8】

前記入光面上に不透明材料を被着する工程、及び
前記スリットを形成するため、前記入光面上に被着された前記不透明材料に開口を加工する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記入光面上にマスクを施す工程、
前記入光面の露出部分及び前記マスクのいずれにも不透明材料を被着する工程、及び
前記被覆された入光面によって囲まれた前記スリットが残るように前記マスクを除去する工程、
をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。

【請求項10】

モノリシックオフナー分光計（１０２，１０２’，１０２”）を作製する方法（３００，９００，１３００）において、前記方法が、
第１の金型（４０２，１００２，１４０２）に第１ミラー（１１４，１１４’，１１４”）及び第２ミラー（１２４，１２４’，１２４”）の鏡像（４０４，４０６，１００４，１００６，１４０４，１４０６）を形成するために前記第１の金型をダイアモンド加工する工程（３０４，９０４，１３０４）、
第２の金型（４０８，１００８，１４０８）に入光面（１１２，１１２’，１１２”）、回折格子（１２０，１２０’，１２０”）及び出光面（１３０，１３０’，１３０”）の鏡像（４１０，４１２，４１４，１０１０，１０１４，１０１６，１４１０，１４１４，１４１６）を形成するために前記第２の金型をダイアモンド加工する工程（３０８，９０８，１３０８）、
金型キャビティ（４１６，１０１８，１４２０）の両端上に前記第１の金型及び前記第２の金型を取り付ける工程（３１０，９１０，１３１０）、
前記第１の金型、前記第２の金型及び前記金型キャビティを透光性材料（１０１，１０１’，１０１”）で満たす工程（３１２，９１２，１３１２）、
前記透光性材料を露出させるために前記第１の金型、前記第２の金型及び前記金型キャビティを取り外す工程（３１４，９１４，１３１４）、
前記入光面に対応する前記透光性材料の露出面（１１２，１１２’，１１２”）上にスリット（１０８，１０８’，１０８”）を形成する工程（３１６，９１６，１３１６）、及び
前記第１ミラー、前記回折格子及び前記第２ミラーを形成するために前記透光性材料の前記露出面（１１８，１２２，１２８，１１８’，１２２’，１２８’，１１８”，１２２”，１２８”）に反射性コーティング（１１６，１２１，１２６，１１６’，１２１’，１２６’，１１６”，１２１”，１２６”）を施す工程（３１８，９１８，１３１８）、
を含むことを特徴とする方法。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の説明】

【0001】

本出願は２０１２年１０月３１日に出願された米国仮特許出願第６１/７２０６５８号の恩典を主張する。この仮特許出願の明細書の内容は本明細書に参照として含められる。

【技術分野】

【0002】

本発明は、ハイパースペクトルイメージングシステム、モノリシックオフナー分光計及びモノリシックオフナー分光計を作製するための２つの方法に関する。

【背景技術】

【0003】

分光計は、光信号を入力として受け取り、入力光信号の、異なる波長成分、すなわち色にしたがい、空間において散開される、すなわち分散される、光信号を出力として生成する、装置である。分光計に取り付けられた検出器は、入力信号に存在するそれぞれの波長成分の強さを定量化するため、スペクトルと称される、出力信号を分析することができる。

【0004】

連続する狭スペクトル帯の範囲にわたって遠隔物体の画像を形成するために用いられ得る特定のタイプの分光計が、オフナー分光計として知られている。このタイプの撮像はハイパースペクトルイメージングとして知られ、近年、航空機または衛星からの偵察及びリモートセンシングに対する軍事／航空宇宙上の解決手段の重要な一要素として、出現した。基本的に、前置光学系、オフナー分光計、検出器及び先進データ処理技術を備えるハイパースペクトルイメージングシステムは、注目するシーン（遠隔物体）の、分光シグネチャデータが埋め込まれている、画像を形成することができる。このシグネチャデータは、（例えば）標的指示／認識、ミサイルプルーム識別及び地雷探査のような、広く様々な用途に有用である。

【0005】

さらに、ハイパースペクトルイメージングシステムは、（例えば）ガン早期発見、環境モニタリング、農業モニタリング及び鉱物探査のような、広く様々な民生用途にも用いることができる。ハイパースペクトルイメージングシステムは、軍事産業、航空宇宙産業及び民生産業に重要であるから、製造業者はオフナー分光計を作製及び改善するための新しく、一層優れた方法の開発に精力的に取り組んできた。例えば、共通に譲渡された特許の明細書（特許文献１）（その内容は本明細書に参照として含められる）は、従来のオフナー分光計に優る改善であったモノリシックオフナー分光計を備えるハイパースペクトルイメージングシステムを開示している。特許文献１にともなうモノリシックオフナー分光計は多くの用途でうまくはたらくが、新しいオフナー分光計を開発することが未だに望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第７６９７１３７Ｂ２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の課題は、新しいモノリシックオフナー分光計を組み込んでいるハイパースペクトルイメージングシステム及び新しいモノリシックオフナー分光計を作製するためのいくつかの方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

ハイパースペクトルイメージングシステム、モノリシックオフナー分光計及びモノリシックオフナー分光計を作製するための２つの方法が本出願の独立特許請求項に説明されている。ハイパースペクトルイメージングシステム、モノリシックオフナー分光計及びモノリシックオフナー分光計を作製するための２つの方法の有益な実施形態が従属特許請求項に説明されている。

【0009】

一態様において、本発明は遠隔物体を撮像するためのハイパースペクトルイメージングシステムを提供する。ハイパースペクトルイメージングシステムは、（ａ）ハウジング、（ｂ）ハウジングに取り付けられた前置光学系であって、遠隔物体からビームを受け取るように構成された前置光学系、（ｃ）ハウジングに取り付けられた検出器、及び（ｄ）ハウジング内部に配置されたモノリシックオフナー分光計を備える。モノリシックオフナー分光計は（ａ）透光性材料を有し、透光性材料は、
（ｉ）前置光学系からビームを受け取り、受け取ったビームの一部を通過させるように構成されたスリットを形成する開口を有する不透明材料が被着されている入光面、
（ii）スリットを通過したビームを受け取って反射するように構成された第１ミラーを形成するために第１の反射性コーティングが施されている、第１の表面、
（iii）第１ミラーからビームを受け取って、受け取ったビームを回折して反射するように構成された回折格子を形成するために第２の反射性コーティングが施されている、第２の表面、
（iv）回折格子から回折ビームを受け取って、受け取った回折ビームを反射するように構成された第２ミラーを形成するために第３の反射性コーティングが施されている、第３の表面、
及び
（ｖ）第２ミラーから反射された回折ビームを検出器に向けて通過させるための出光面、
を有する。望ましければ、透光性材料は、第１折返しミラーを形成するために第４の反射性コーティングが施されている第４の表面を有することができ、第１折返しミラーは、スリットを通過したビームを受け取って、受け取ったビームを第１ミラーに向けて反射するように、スリット及び第１ミラーに対して配置される。さらに、透光性材料は、第２折返しミラーを形成するために第５の反射性コーティングが施されている第５の表面を有することができ、第２折返しミラーは、第２ミラーから回折ビームを受け取って、受け取った回折ビームを出光面に向けて反射するように、第２ミラー及び出光面に対して配置される。

【0010】

別の態様において、本発明はモノリシックオフナー分光計を提供する。モノリシックオフナー分光計は、
（ｉ）ビームを受け取り、受け取ったビームの一部を通すように構成されたスリットを形成する開口を有する不透明材料が被着されている入光面、
（ii）スリットを通過したビームを受け取って反射するように構成された第１ミラーを形成するために第１の反射性コーティングが施されている、第１の表面、
（iii）第１ミラーからビームを受け取り、受け取ったビームを回折して反射するように構成された回折格子を形成するために第２の反射性コーティングが施されている、第２の表面、
（iv）回折格子から回折ビームを受け取って、受け取った回折ビームを反射するように構成された第２ミラーを形成するために第３の反射性コーティングが施されている、第３の表面、
及び
（ｖ）第２ミラーから反射された回折ビームを通過させるための出光面、
を有する、透光性材料を有する。望ましければ、透光性材料は、第１折返しミラーを形成するために第４の反射性コーティングが施されている第４の表面を有することができ、第１折返しミラーは、スリットを通過したビームを受け取って、受け取ったビームを第１ミラーに向けて反射するように、スリット及び第１ミラーに対して配置される。さらに、透光性材料は、第２折返しミラーを形成するために第５の反射性コーティングが施されている第５の表面を有することができ、第２折返しミラーは、第２ミラーから回折ビームを受け取って、受け取った回折ビームを出光面に向けて反射するように、第２ミラー及び出光面に対して配置される。

【0011】

別の態様において、本発明はモノリシックオフナー分光計を作製する方法を提供する。方法は、
（ｉ）透光性材料に、スリットが形成される領域を有する入光面を形成するために、透光性材料をダイアモンド加工する工程、
（ii）透光性材料に第１の表面を形成するために透光性材料をダイアモンド加工し、次いで第１ミラーを形成するために第１の表面に第１の反射性コーティングを形成する工程、
（iii）透光性材料に第２の表面を形成するために透光性材料をダイアモンド加工し、次いで回折格子を形成するために第２の表面に第２の反射性コーティングを形成する工程、
（iv）透光性材料に第３の表面を形成するために透光性材料をダイアモンド加工し、次いで第２ミラーを形成するために第３の表面に第３の反射性コーティングを形成する工程、及び
（ｖ）透光性材料に出光面を形成するために透光性材料をダイアモンド加工する工程、
を含む。望ましければ、方法は、透光性材料に第４の表面を形成するために透光性材料をダイアモンド加工し、次いで第１折返しミラーを形成するために第４の表面に第４の反射性コーティングを形成する工程をさらに含むことができる。さらに、方法は、透光性材料に第５の表面を形成するために透光性材料をダイアモンド加工し、次いで第２折返しミラーを形成するために第５の表面に第５の反射性コーティングを形成する工程を含むことができる。

【0012】

また別の態様において、本発明は遠隔物体の一領域のハイパースペクトル画像を提供する方法を提供する。方法は、
（ｉ）第１の金型に第１ミラー及び第２ミラーの鏡像を形成するために第１の金型をダイアモンド加工する工程、
（ii）第２の金型に入光面、回折格子及び出光面の鏡像を形成するために第２の金型をダイアモンド加工する工程、
（iii）金型キャビティの両端に第１の金型及び第２の金型を取り付ける工程、
（iv）第１の金型、第２の金型及び金型キャビティを透光性材料で満たす工程、
（ｖ）透光性材料を露出させるため、第１の金型、第２の金型及び金型キャビティを取り外す工程、
（vi）入光面に対応する透光性材料の露出面上にスリットを形成する工程、
（vii）第１ミラー、回折格子及び第２ミラーを形成するため、透光性材料の露出面に反射性コーティングを施す工程、
を含む。望ましければ、方法は、第２の金型に第１折返しミラーの鏡像を形成するために第２の金型をダイアモンド加工する工程及び第１折返しミラーを形成するために透光性材料の露出面に反射性コーティングを施す工程をさらに含むことができる。さらに、方法は、第２の金型に第２折返しミラーの鏡像を形成するために第２の金型をダイアモンド加工する工程及び第２折返しミラーを形成するために透光性材料の露出面に反射性コーティングを施す工程を含むことができる。

【0013】

本発明のさらなる態様は、ある程度は、以下の詳細な説明、図面及びいずれかの特許請求項に述べられ、ある程度は、詳細な説明から導かれるであろうし、あるいは本発明の実施によって習得され得る。上述の全般的説明及び以下の詳細な説明のいずれもが例示及び説明に過ぎず、開示されるような本発明を限定するものではないことは当然である。

【0014】

添付図面とともになされた場合に、以下の詳細な説明の参照によって本発明の一層完璧な理解を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は本発明の一実施形態にしたがって構成されたモノリシックオフナー分光計を組み込んでいるハイパースペクトルイメージングシステムのブロック図である。

【図2】図２は本発明の一実施形態にしたがう、図１に示される、ハイパースペクトルイメージングシステムに組み込むことができる直接加工モノリシックオフナー分光計を作製する方法の一例の工程を示すフローチャートである。

【図3】図３は本発明の一実施形態にしたがう、図１に示される、ハイパースペクトルイメージングシステムに組み込むことができるモールド成形モノリシックオフナー分光計を作製するための一例の方法の工程を示すフローチャートである。

【図4】図４は本発明の一実施形態にしたがう、図３に示される、方法を用いるモールド成形モノリシックオフナー分光計を作製するために用いることができる３つの金型を示すブロック図である。

【図5】図５は本発明の別の実施形態にしたがって構成及び作製されたモノリシックオフナー分光計を組み込んでいるハイパースペクトルイメージングシステムの一例のブロック図である。

【図6】図６は本発明の一実施形態にしたがって構成されるような、図５に示される、ハイパースペクトルイメージングシステムの例の、ただしハウジングがない、斜視図である。

【図7】図７は本発明の一実施形態にしたがって構成された、図５に示される、モノリシックオフナー分光計の例の斜視図である。

【図8】図８は本発明の一実施形態にしたがう、図５に示される、ハイパースペクトルイメージングシステムに組み込むことができる直接加工モノリシックオフナー分光計を作製する方法の一例の工程を示すフローチャートである。

【図9】図９は本発明の一実施形態にしたがう、図５に示される、ハイパースペクトルイメージングシステムに組み込むことができるモールド成形モノリシックオフナー分光計を作製する方法の一例の工程を示すフローチャートである。

【図10】図１０は本発明の一実施形態にしたがう、図９に示される、方法を用いるモールド成形モノリシックオフナー分光計を作製するために用いることができる３つの金型を示すブロック図である。

【図11】図１１は本発明のまた別の実施形態にしたがって構成及び作製されたモノリシックオフナー分光計を組み込んでいるハイパースペクトルイメージングシステムの一例のブロック図である。

【図12】図１２は本発明の一実施形態にしたがう、図１１に示される、ハイパースペクトルイメージングシステムに組み込むことができる直接加工モノリシックオフナー分光計を作製する方法の一例の工程を示すフローチャートである。

【図13】図１３は本発明の一実施形態にしたがう、図１１に示される、ハイパースペクトルイメージングシステムに組み込むことができるモールド成形モノリシックオフナー分光計を作製する方法の一例の工程を示すフローチャートである。

【図14】図１４は本発明の一実施形態にしたがう、図１３に示される、方法を用いるモールド成形モノリシックオフナー分光計を作製するために用いることができる３つの金型を示すブロック図である。

【図15】図１５は本発明の一実施形態にしたがう、図１，５及び１１に示される、モノリシックオフナー分光計上に形成されたスリットの一例の顕微鏡写真（倍率：３７４×）である。

【図16】図１６は、その内面の影付き領域を、本発明の一実施形態にしたがう、図１，５及び１１に示されるモノリシックオフナー分光計の、第１ミラーまたは第２ミラーの、あるいは第１ミラー及び第２ミラーの両者の、形状とすることができる、トロイド（環状体）の略図である。

【図17】図１７は本発明の一実施形態にしたがう、図１，５及び１１に示される、モノリシックオフナー分光計の回折格子の一例の詳細図である。

【図18】図１８は本発明の一実施形態にしたがう、図２，８及び１２に示される、方法について透光性材料に回折格子を直接ダイアモンド加工する方法の一例の工程を示すフローチャートである。

【図19】図１９は本発明の一実施形態にしたがう回折格子の一例と相互作用している光線を示す詳細図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがって構成及び作製されたモノリシックオフナー分光計１０２を組み込んでいるハイパースペクトルイメージングシステム１００の一例のブロック図がある。ハイパースペクトルイメージングシステム１００は、いずれもモノリシックオフナー分光計１０２と直接インターフェースする、前置光学系１０４及び検出器１０６を備える。ハイパースペクトルイメージングシステム１００はモノリシックオフナー分光計１０２を保護するハウジング１０７を備えることもできる。例えば、ハウジング１０７は、モノリシックオフナー分光計１０２を保護するだけでなく、絶縁するためにもはたらく、標準の検出器デュワー瓶とすることができる。

【0017】

モノリシックオフナー分光計１０２は、
（１）（例えば、透光性材料１０１の露出領域１１２／入光面１１２に不透明材料１１０が被着され、次いでスリット１０８を形成するために不透明材料１１２の一部が除去されている場合に形成される（例えば、初めに（所望のスリット１０８と同じ寸法を有する）マスクが入光面１１２に施され、次いで不透明材料１１０が露出入光面１１２及びマスクのいずれにも被着されて、マスクが除去されると、被覆された入光面１１２によって囲まれたスリット１０８が残る場合に形成される））スリット１０８、
（２）（反射性コーティング１１６が透光性材料１０１の露出領域１１８／第１の表面１１８に施されたときに形成される）第１ミラー１１４、
（３）（反射性コーティング１２１が透光性材料１０１の露出領域１２２／第２の表面１２２に施されたときに形成される）回折格子１２０、
（４）（反射性コーティング１２６が透光性材料１０１の露出領域１２８／第３の表面１２８に施されたときに形成される）第２ミラー１２４、及び
（５）出光面１３０、
を有する、単一体の透光性材料１０１で作製された１対１光リレーである。ハイパースペクトルイメージングシステム１００には当業者には周知の他のコンポーネントを組み込むことができるが、簡明さのため、ここでは、本発明を説明し、可能にするに必要な、これらのコンポーネント１０２，１０４，１０６，１０７，１０８，１１４，１２０及び１２４だけを詳細に論じる。

【0018】

ハイパースペクトルイメージングシステム１００は、前置光学系１０４が遠隔物体（図示せず）からビーム１３２（光１３２）を受け取り、ビーム１３２を回折して回折ビーム１３２’（回折光１３２’）を検出器１０６に転送するモノリシックオフナー分光計１０２にビーム１３２を導く場合に、連続する狭スペクトル帯範囲にわたって遠隔物体の画像を形成するように動作する。詳しくは、前置光学系１０４がビーム１３２をスリット１０８に導く。第１ミラー１１４（例えば、球面ミラー１１４，トロイダルミラー１１４，トロイダル非球面ミラー１１４，自由曲面ミラー１１４）が、スリット１０８を通過したビーム１３２を受け取って、ビーム１３２を回折格子１２０（例えば、トロイダル回折格子１２０，トロイダル非球面回折格子１２０）に向けてビーム１３２を反射する。回折格子１２０はビーム１３２を受け取って回折し、回折ビーム１３２’を第２ミラー１２４（例えば、球面ミラー１２４，トロイダルミラー１２４，トロイダル非球面ミラー１２４，自由曲面ミラー１２４）に向けて反射する。第２ミラー１２４は回折ビーム１３２’を受け取って、回折ビーム１３２’を出光面１３０に向けて反射する。検出器１０６（例えば、二次元焦点面アレイ１０６（ＦＰＡ１０６））が出光面１３０を通過した回折ビーム１３２’を受け取って処理する。モノリシックオフナー分光計１０２は図２及び３に関して以下で論じられる２つの方法２００及び３００の内の１つを用いて作製することができる。

【0019】

図２を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう、直接加工モノリシックオフナー分光計１０２を作製するための一例の方法２００の工程を示すフローチャートがある。工程２０２において、モノリシックオフナー分光計１０２を形成するために用いられるべき透光性材料１０１が選ばれる必要がある。モノリシックオフナー分光計１０２は、（例えば）ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化バリウム、塩化銀または三硫化二ヒ素のような、いずれかのタイプのダイアモンド加工が可能な透光性（光屈折性）材料で作製することができるであろう。しかし、どのタイプの透光性材料１０１が選ばれるべきかにおいて役割を果たし得るいくつかの要因があり、これらの要因には、寸法安定性、低波面誤差、小表面粗さ、特定の応用に対して重要なスペクトル領域、透光性材料１０１の材料透過率（吸収係数）、及び透光性材料１０１の屈折率がある。

【0020】

透光性材料１０１が選ばれると、透光性材料１０１は、モノリシックオフナー分光計１０２を形成するためにダイアモンド工具を用いることができるような、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ダイアモンド旋盤に取り付けられて固定される。工程２０４において、透光性材料１０１をダイアモンド加工して、その一部にスリット１０８が形成される（図１５を参照）であろう入光面１１２を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程２０６において、透光性材料１０１をダイアモンド加工して、第１ミラー１１４になるであろう露出領域１１８を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程２０８において、透光性材料１０１をダイアモンド加工して、回折格子１２０になる（図１７を参照）であろう露出領域１２２を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程２１０において、透光性材料１０１をダイアモンド加工して、第２ミラー１２４になるであろう露出領域１２８を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程２１２において、透光性材料１０１をダイアモンド加工して、出光面１３０を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。いかなる所望の順序でも完了させることができる、工程２０４，２０６，２０８，２１０及び２１２が完了すると、入光面１１２の一部にスリット１０８が形成される工程２１４が実施される。一例において、スリット１０８は、入光面１１２に不透明材料１１０を被着し、次いでスリット１０８を形成するために不透明材料１１０の一部を取り除くことによって、形成することができる。別の例において、スリット１０８は、入光面１１２に（所望のスリット１０８と同じ寸法を有する）マスクを施し、露出入光面１１２及びマスクのいずれにも不透明材料１１２を被着し、次いで被覆入光面１１２にスリット１０８が形成されるようにマスクを除去することによって、形成することができる。マスクは、例えば、細いワイアのような、機械的マスクとすることができるであろう。または、マスクは、フォトマスク及びリソグラフィ法を用いることで被着することができるであろう。工程２１６において、第１ミラー１１０、回折格子１２０及び第２ミラー１１４を形成するため、ダイアモンド加工された透光性材料１０１の露出領域１１８，１２２及び１２８に反射性コーティング１１６，１２１及び１２６が被着される。例えば、不透明材料１１０並びに反射性コーティング１１６，１２１及び１２６は、光学工業で普通に用いられる真空手法のいずれかを用いることで被着することができるであろう。また、不透明材料１１０並びに反射性コーティング１１６，１２１及び１２６は同じ工程中に被着することができ、（例えば）アルミニウム、金、銀またはニッケルのような、同じ材料とすることができるであろう。この時点において、直接加工モノリシックオフナー分光計１０２が作製された。

【0021】

図３を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう、モールド成形モノリシックオフナー分光計１０２を作製するための一例の方法３００の工程を示すフローチャートがある。工程３０２において、（ニッケルで作製することができるであろう）第１の金型４０２がＣＮＣダイアモンド旋盤に取り付けられて、固定される。次いで第１の金型４０２をダイアモンド加工して、第１の金型４０２にそれぞれが第１ミラー１１４及び第２ミラー１２４になるべき領域に関わる鏡像４０４及び４０６を形成するために、ダイアモンド工具が用いられる（工程３０４）。図４は、それぞれが第１ミラー１１４及び第２ミラー１２４になるべき領域に関わる鏡像４０４及び４０６が形成されている第１の金型４０２の一例を示す略図である。

【0022】

工程３０６において、（ニッケルで作製することができるであろう）第２の金型４０８がＣＮＣダイアモンド旋盤に取り付けられて、固定される。次いで第２の金型４０８をダイアモンド加工して、第２の金型４０８にそれぞれが入光面１１２，回折格子１２０及び出光面１３０になるべき領域に関わる鏡像４１０，４１２及び４１４を形成するために、ダイアモンド工具が用いられる（工程３０８）。図４は、それぞれが入光面１１２，回折格子１２０及び出光面１３０になるべき領域に関わる鏡像４１０，４１２及び４１４が形成されている第２の金型４０８の一例を示す略図である。

【0023】

工程３１０において、第１の金型４０２及び第２の金型４０８がそれぞれ金型キャビティ４１６の両端に連結／取付けされる（図４を参照）。工程３１２において、第１の金型４０２，第２の金型４０８及び金型キャビティ４１６内に形成されたキャビティに透光性材料１０１が注入／圧入される。例えば、工程３１２は、射出成形プロセス、圧縮成形プロセスまたは注入成形プロセスの一部とすることができるであろう。透光性材料１０１は、（例えば）ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化バリウム、塩化銀または三硫化二ヒ素のような、いずれかのタイプの屈折光学材料とすることができる。しかし、どのタイプの透光性材料１０１が選ばれるべきかにおいて役割を果たし得るいくつかの要因があり、これらの要因には、寸法安定性、低波面誤差、小表面粗さ、特定の応用に対して重要なスペクトル領域、透光性材料１０１の材料透過率（吸収係数）、及び透光性材料１０１の屈折率がある。

【0024】

工程３１４において、第１の金型４０２，第２の金型４０８及び金型キャビティ４１６が相互に分離されて、モールド成形された透光性材料１０１が露出される。次いで、入光面１１２の一部にスリット１０８が形成される工程３１６が実施される。一例において、スリット１０８は、入光面１１２に不透明材料１１０を被着し、次いでスリット１０８を形成するために不透明材料１１０の一部を取り除くことによって、形成することができる。別の例において、スリット１０８は、入光面１１２に（所望のスリット１０８と同じ寸法を有する）マスクを施し、露出入光面１１２及びマスクのいずれにも不透明材料１１２を被着し、次いで被覆入光面１１２にスリット１０８が形成されるようにマスクを除去することによって、形成することができる。マスクは、例えば、細いワイアのような、機械的マスクとすることができるであろう。または、マスクは、フォトマスク及びリソグラフィ法を用いることで被着することができるであろう。工程３１８において、第１ミラー１１０、回折格子１２０及び第２ミラー１１４を形成するため、透光性材料１０１の露出領域１１８，１２２及び１２８に反射性コーティング１１６，１２１及び１２６が被着される。例えば、不透明材料１１０並びに反射性コーティング１１６，１２１及び１２６は、光学工業で普通に用いられる真空手法のいずれかを用いることで被着することができるであろう。また、不透明材料１１０並びに反射性コーティング１１６，１２１及び１２６は同じ工程中に被着することができ、（例えば）アルミニウム、金、銀またはニッケルのような、同じ材料とすることができるであろう。この時点において、モールド成形モノリシックオフナー分光計１０２が作製された。

【0025】

図５を参照すれば、本発明の別の実施形態にしたがって構成及び作製されたモノリシックオフナー分光計１０２’を組み込んでいるハイパースペクトルイメージングシステム１００’の一例のブロック図がある。ハイパースペクトルイメージングシステム１００’は前置光学系１０４’及び検出器１０６’を備える。この例において、前置光学系１０４’はモノリシックオフナー分光計１０２’と直接インターフェースする。また、検出器１０６’は（図１に比較して）モノリシックオフナー分光計１０２’から所望の距離をとって配置される。図示されるように、検出器１０６’とモノリシックオフナー分光計１０２’の間に透光性ブロック１０３’が配置されている。透光性ブロック１０３’とモノリシックオフナー分光計１０２’の間には空間１３１’があり、この空間１３１’は検出器１０６’に焦点を合わせるに有用である。透光性ブロック１０３’はモノリシックオフナー分光計１０２’の作製に用いられる材料と同じ材料で作製することができるであろう。または、透光性ブロック１０３’はモノリシックオフナー分光計１０２’の作製に用いられる材料とは異なる材料で作製することができるであろう。あるいは、検出器１０６’とモノリシックオフナー分光計１０２’の間は、透光性ブロック１０３’がない、ただの空間とすることができる。また別の代替形態において、透光性材料１０３’の代わりをするように、モノリシックオフナー分光計１０２’の作製に用いられる透光性材料１０１’を延長することができ、この場合には今示されているような空間１３１’がないであろう。ハイパースペクトルイメージングシステム１００’はモノリシックオフナー分光計１０２’を保護するハウジング１０７’を備えることもできる。例えば、ハウジング１０７’は、モノリシックオフナー分光計１０２’を保護するだけでなく、絶縁するためにもはたらく、標準の検出器デュワー瓶とすることができる。

【0026】

モノリシックオフナー分光計１０２’は、
（１）（例えば、透光性材料１０１’の露出領域１１２’／入光面１１２’に不透明材料１１０’が被着され、次いでスリット１０８’を形成するために不透明材料１１２’の一部が除去されている場合に形成される（例えば、初めに（所望のスリット１０８と同じ寸法を有する）マスクが入光面１１２’に施され、次いで不透明材料１１０’が露出入光面１１２’及びマスクのいずれにも被着されて、マスクが除去されると、被覆された入光面１１２’によって囲まれたスリット１０８’が残る場合に形成される））スリット１０８’、
（２）（反射性コーティング１１６’が透光性材料１０１’の露出領域１１８’／第１の表面１１８’に施されたときに形成される）第１ミラー１１４’、
（３）（反射性コーティング１２１’が透光性材料１０１’の露出領域１２２’／第２の表面１２２’に施されたときに形成される）回折格子１２０’、
（４）（反射性コーティング１２６’が透光性材料１０１’の露出領域１２８’／第３の表面１２８’に施されたときに形成される）第２ミラー１２４’、
（５）（反射性コーティング１０９’が透光性材料１０１’の露出領域１１１’／第４の表面１１１’に施されたときに形成される）折返しミラー１０５’、及び
（６）出光面１３０’、
を有する、単一体の透光性材料１０１’で作製された１対１光リレーである。ハイパースペクトルイメージングシステム１００’には当業者には周知の他のコンポーネントを組み込むことができるが、簡明さのため、ここでは、本発明を説明し、可能にするに必要な、これらのコンポーネント１０２’，１０４’，１０６’，１０７’，１０８’，１０５’，１１４’，１２０’及び１２４’だけを詳細に論じる。図６〜７はそれぞれ、本例の（ハウジング１０７’を除く）ハイパースペクトルイメージングシステム１００’及び本例のモノリシックオフナー分光計１０２’の斜視図を示す。

【0027】

ハイパースペクトルイメージングシステム１００’は、前置光学系１０４’が遠隔物体（図示せず）からビーム１３２”（光１３２”）を受け取り、ビーム１３２”を回折して回折ビーム１３２’’’（回折光１３２’’’）を検出器１０６’に転送するモノリシックオフナー分光計１０２’にビーム１３２”を導く場合に、連続する狭スペクトル帯範囲にわたって遠隔物体の画像を形成するように動作する。詳しくは、前置光学系１０４’がビーム１３２”をスリット１０８’に導く。折返しミラー１０５’が、スリット１０８’を通過したビーム１３２”を受け取って、ビーム１３２”を第１ミラー１１４’に向けて反射する。第１ミラー１１４’（例えば、球面ミラー１１４’，トロイダルミラー１１４’，トロイダル非球面ミラー１１４’，自由曲面ミラー１１４’）が、スリット１０８’を通過したビーム１３２”を受け取って、ビーム１３２”を回折格子１２０’（例えば、トロイダル回折格子１２０’，トロイダル非球面回折格子１２０’）に向けて反射する。回折格子１２０’はビーム１３２”を受け取って回折し、回折ビーム１３２’’’を第２ミラー１２４’（例えば、球面ミラー１２４’，トロイダルミラー１２４’，トロイダル非球面ミラー１２４’，自由曲面ミラー１２４’）に向けて反射する。第２ミラー１２４’は回折ビーム１３２’’’を受け取って、回折ビーム１３２’’’を出光面１３０’に向けて反射する。検出器１０６’（例えば、二次元焦点面アレイ１０６’（ＦＰＡ１０６’））が出光面１３０’及び（用いられていれば）透光性ブロック１０３’のいずれも通過した回折ビーム１３２’’’を受け取って処理する。モノリシックオフナー分光計１０２’は図８及び９に関して以下で論じられる２つの方法８００及び９００の内の１つを用いて作製することができる。

【0028】

図８を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう、直接加工モノリシックオフナー分光計１０２’を作製するための一例の方法８００の工程を示すフローチャートがある。工程８０２において、モノリシックオフナー分光計１０２’を形成するために用いられる透光性材料１０１’が選ばれる必要がある。モノリシックオフナー分光計１０２’は、（例えば）ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化バリウム、塩化銀または三硫化二ヒ素のような、いずれかのタイプのダイアモンド加工が可能な透光性（光屈折性）材料で作製することができるであろう。しかし、どのタイプの透光性材料１０１’が選ばれるべきかにおいて役割を果たし得るいくつかの要因があり、これらの要因には、寸法安定性、低波面誤差、小表面粗さ、特定の応用に対して重要なスペクトル領域、透光性材料１０１’の材料透過率（吸収係数）、及び透光性材料１０１’の屈折率がある。

【0029】

透光性材料１０１’が選ばれると、透光性材料１０１’は、モノリシックオフナー分光計１０２’を形成するためにダイアモンド工具を用いることができるような、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ダイアモンド旋盤に取り付けられて固定される。工程８０４において、透光性材料１０１’をダイアモンド加工して、その一部にスリット１０８’が形成される（図１５を参照）であろう入光面１１２’を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程８０６において、透光性材料１０１’をダイアモンド加工して、折返しミラー１０５’になるであろう露出領域１１１’を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程８０８において、透光性材料１０１’をダイアモンド加工して、第１ミラー１１４’になるであろう露出領域１１８’を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程８１０において、透光性材料１０１’をダイアモンド加工して、回折格子１２０’になる（図１７を参照）であろう露出領域１２２’を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程８１２において、透光性材料１０１’をダイアモンド加工して、第２ミラー１２４’になるであろう露出領域１２８’を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程８１４において、透光性材料１０１’をダイアモンド加工して、出光面１３０’を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。いかなる所望の順序でも完了させることができる、工程８０４，８０６，８０８，８１０，８１２及び８１４が完了すると、入光面１１２’の一部にスリット１０８’が形成される工程８１６が実施される。一例において、スリット１０８’は、入光面１１２’に不透明材料１１０’を被着し、次いでスリット１０８’を形成するために不透明材料１１０’の一部を取り除くことによって、形成することができる。別の例において、スリット１０８’は、入光面１１２’に（所望のスリット１０８’と同じ寸法を有する）マスクを施し、露出入光面１１２’及びマスクのいずれにも不透明材料１１２’を被着し、次いで被覆入光面１１２’にスリット１０８’が形成されるようにマスクを除去することによって、形成することができる。マスクは、例えば、細いワイアのような、機械的マスクとすることができるであろう。または、マスクは、フォトマスク及びリソグラフィ法を用いることで被着することができるであろう。工程８１８において、折返しミラー１０５’，第１ミラー１１０’、回折格子１２０’及び第２ミラー１１４’を形成するため、ダイアモンド加工された透光性材料１０１’の露出領域１１１’，１１８’，１２２’及び１２８’に反射性コーティング１０９’，１１６’，１２１’及び１２６’が被着される。例えば、不透明材料１１０’並びに反射性コーティング１０９’，１１６’，１２１’及び１２６’は、光学工業で普通に用いられる真空手法のいずれかを用いることで被着することができるであろう。また、不透明材料１１０’並びに反射性コーティング１０９’，１１６’，１２１’及び１２６’は同じ工程中に被着することができ、（例えば）アルミニウム、金、銀またはニッケルのような、同じ材料とすることができるであろう。この時点において、直接加工モノリシックオフナー分光計１０２’が作製された。

【0030】

図９を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう、モールド成形モノリシックオフナー分光計１０２’を作製するための一例の方法９００の工程を示すフローチャートがある。工程９０２において、（ニッケルで作製することができるであろう）第１の金型１００２がＣＮＣダイアモンド旋盤に取り付けられて、固定される。次いで第１の金型１００２をダイアモンド加工して、第１の金型１００２にそれぞれが第１ミラー１１４’及び第２ミラー１２４’になるべき領域に関わる鏡像１００４及び１００６を形成するために、ダイアモンド工具が用いられる（工程９０４）。図１０は、それぞれが第１ミラー１１４’及び第２ミラー１２４’になるべき領域に関わる鏡像１００４及び１００６が形成されている第１の金型１００２の一例を示す略図である。

【0031】

工程９０６において、（ニッケルで作製することができるであろう）第２の金型１００８がＣＮＣダイアモンド旋盤に取り付けられて、固定される。次いで第２の金型１００８をダイアモンド加工して、第２の金型１００８にそれぞれが入光面１１２’，折返しミラー１０５’，回折格子１２０’及び出光面１３０’になるべき領域に関わる鏡像１０１０，１０１２，１０１４及び１０１６を形成するために、ダイアモンド工具が用いられる（工程９０８）。図１０は、それぞれが入光面１１２’，折返しミラー１０５’，回折格子１２０’及び出光面１３０’になるべき領域に関わる鏡像１０１０，１０１２，１０１４及び１０１６が形成されている第２の金型１００８の一例を示す略図である。

【0032】

工程９１０において、第１の金型１００２及び第２の金型１００８がそれぞれ金型キャビティ１０１８の両端に連結／取付けされる（図１０を参照）。工程９１２において、第１の金型１００２，第２の金型１００８及び金型キャビティ１０１８内に形成されたキャビティに透光性材料１０１’が注入／圧入される。例えば、工程９１２は、射出成形プロセス、圧縮成形プロセスまたは注入成形プロセスの一部とすることができるであろう。透光性材料１０１’は、（例えば）ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化バリウム、塩化銀または三硫化二ヒ素のような、いずれかのタイプの光屈折性材料とすることができる。しかし、どのタイプの透光性材料１０１’が選ばれるべきかにおいて役割を果たし得るいくつかの要因があり、これらの要因には、寸法安定性、低波面誤差、小表面粗さ、特定の応用に対して重要なスペクトル領域、透光性材料１０１’の材料透過率（吸収係数）、及び透光性材料１０１’の屈折率がある。

【0033】

工程９１４において、第１の金型１００２，第２の金型１００８及び金型キャビティ１０１８が相互に分離されて、モールド成形された透光性材料１０１’が露出される。次いで、入光面１１２’の一部にスリット１０８’が形成される工程９１６が実施される。一例において、スリット１０８’は、入光面１１２’に不透明材料１１０’を被着し、次いでスリット１０８’を形成するために不透明材料１１０’の一部を取り除くことによって、形成することができる。別の例において、スリット１０８’は、入光面１１２’に（所望のスリット１０８’と同じ寸法を有する）マスクを施し、露出入光面１１２’及びマスクのいずれにも不透明材料１１２’を被着し、次いで被覆入光面１１２’にスリット１０８’が形成されるようにマスクを除去することによって、形成することができる。マスクは、例えば、細いワイアのような、機械的マスクとすることができるであろう。または、マスクは、フォトマスク及びリソグラフィ法を用いることで被着することができるであろう。工程９１８において、折返しミラー１０５’，第１ミラー１１０’、回折格子１２０’及び第２ミラー１１４’を形成するため、透光性材料１０１’の露出領域１１１’，１１８’，１２２’及び１２８’に反射性コーティング１０９’，１１６’，１２１’及び１２６’が被着される。例えば、不透明材料１１０’並びに反射性コーティング１０９’，１１６’，１２１’及び１２６’は、光学工業で普通に用いられる真空手法のいずれかを用いることで被着することができるであろう。また、不透明材料１１０並びに反射性コーティング１１６，１２１及び１２６は同じ工程中に被着することができ、（例えば）アルミニウム、金、銀またはニッケルのような、同じ材料とすることができるであろう。この時点において、モールド成形モノリシックオフナー分光計１０２’が作製された。

【0034】

図１１を参照すれば、本発明のまた別の実施形態にしたがって構成及び作製されたモノリシックオフナー分光計１０２”を組み込んでいるハイパースペクトルイメージングシステム１００”の一例のブロック図がある。ハイパースペクトルイメージングシステム１００”は前置光学系１０４”及び検出器１０６”を備える。この例において、前置光学系１０４”はモノリシックオフナー分光計１０２”と直接インターフェースする。また、検出器１０６”は（図１及び５に比較して）モノリシックオフナー分光計１０２”から所望の距離をとって配置される。ハイパースペクトルイメージングシステム１００”はモノリシックオフナー分光計１０２”を保護するハウジング１０７”を備えることもできる。例えば、ハウジング１０７”は、モノリシックオフナー分光計１０２”を保護するだけでなく、絶縁するためにもはたらく、標準の検出器デュワー瓶とすることができる。

【0035】

モノリシックオフナー分光計１０２”は、
（１）（例えば、透光性材料１０１”の露出領域１１２”／入光面１１２”に不透明材料１１０が被着され”、次いでスリット１０８”を形成するために不透明材料１１２”の一部が除去されている場合に形成される（例えば、初めに（所望のスリット１０８”と同じ寸法を有する）マスクが入光面１１２”に施され、次いで不透明材料１１０”が露出入光面１１２”及びマスクのいずれにも被着されて、マスクが除去されると、被覆された入光面１１２”によって囲まれたスリット１０８”が残る場合に形成される））スリット１０８”、
（２）（反射性コーティング１１６”が透光性材料１０１”の露出領域１１８”／第１の表面１１８”に施されたときに形成される）第１ミラー１１４”、
（３）（反射性コーティング１２１”が透光性材料１０１”の露出領域１２２”／第２の表面１２２”に施されたときに形成される）回折格子１２０”、
（４）（反射性コーティング１２６”が透光性材料１０１”の露出領域１２８”／第３の表面１２８”に施されたときに形成される）第２ミラー１２４”、
（５）（反射性コーティング１０９”が透光性材料１０１”の露出領域１１１”／第４の表面１１１”に施されたときに形成される）第１折返しミラー１０５”、
（６）（反射性コーティング１４２”が透光性材料１０１”の露出領域１４４”／第５の表面１４４”に施されたときに形成される）第２折返しミラー１４０”、及び
（７）出光面１３０”、
を有する、単一体の透光性材料１０１”で作製された１対１光リレーである。ハイパースペクトルイメージングシステム１００”には当業者には周知の他のコンポーネントを組み込むことができるが、簡明さのため、ここでは、本発明を説明し、可能にするに必要な、これらのコンポーネント１０２”，１０４”，１０６”，１０７”，１０８”，１０５”，１１４”，１２０”，１２４”及び１４０”だけを詳細に論じる。

【0036】

ハイパースペクトルイメージングシステム１００”は、前置光学系１０４”が遠隔物体（図示せず）からビーム１３２^iv（光１３２^iv）を受け取り、ビーム１３２^ivを回折して回折ビーム１３２^v（回折光１３２^v）を検出器１０６”に転送するモノリシックオフナー分光計１０２”にビーム１３２^ivを導く場合に、連続する狭スペクトル帯範囲にわたって遠隔物体の画像を形成するように動作する。詳しくは、前置光学系１０４”がビーム１３２”をスリット１０８”に導く。第１折返しミラー１０５”がスリット１０８”を通過したビーム１３２^ivを受け取って、ビーム１３２^ivを第１ミラー１１４”に向けて反射する。第１ミラー１１４”（例えば、球面ミラー１１４”，トロイダルミラー１１４”，トロイダル非球面ミラー１１４”，自由曲面ミラー１１４”）が、スリット１０８”を通過したビーム１３２^ivを受け取って、ビーム１３２^ivを回折格子１２０”（例えば、トロイダル回折格子１２０”，トロイダル非球面回折格子１２０”）に向けて反射する。回折格子１２０”はビーム１３２^ivを受け取って回折し、回折ビーム１３２^vを第２ミラー１２４”（例えば、球面ミラー１２４”，トロイダルミラー１２４”，トロイダル非球面ミラー１２４”，自由曲面ミラー１２４”）に向けて反射する。第２ミラー１２４”は回折ビーム１３２^vを受け取って、回折ビーム１３２^vを第２折返しミラー１４０”に向けて反射する。第２ミラー１２４”は次いで回折ビーム１３２^vを出光面１３０”に向けて反射する。検出器１０６”（例えば、二次元焦点面アレイ１０６”（ＦＰＡ１０６”））が出光面１３０”を通過した回折ビーム１３２^vを受け取って処理する。モノリシックオフナー分光計１０２”は図１２及び１３に関して以下で論じられる２つの方法１２００及び１３００の内の１つを用いて作製することができる。

【0037】

図１２を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう、直接加工モノリシックオフナー分光計１０２”を作製するための一例の方法１２００の工程を示すフローチャートがある。工程１２０２において、モノリシックオフナー分光計１０２”を形成するために用いられる透光性材料１０１”が選ばれる必要がある。モノリシックオフナー分光計１０２”は、（例えば）ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化バリウム、塩化銀または三硫化二ヒ素のような、いずれかのタイプのダイアモンド加工が可能な透光性（光屈折性）材料で作製することができるであろう。しかし、どのタイプの透光性材料１０１”が選ばれるべきかにおいて役割を果たし得るいくつかの要因があり、これらの要因には、寸法安定性、低波面誤差、小表面粗さ、特定の応用に対して重要なスペクトル領域、透光性材料１０１”の材料透過率（吸収係数）、及び透光性材料１０１”の屈折率がある。

【0038】

透光性材料１０１”が選ばれると、透光性材料１０１”は、モノリシックオフナー分光計１０２”を形成するためにダイアモンド工具を用いることができるような、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）ダイアモンド旋盤に取り付けられて固定される。工程１２０４において、透光性材料１０１”をダイアモンド加工して、その一部にスリット１０８”が形成される（図１５を参照）入光面１１２”を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程１２０６において、透光性材料１０１”をダイアモンド加工して、第１折返しミラー１０５”になるであろう露出領域１１１”を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程１２０８において、透光性材料１０１”をダイアモンド加工して、第１ミラー１１４”になるであろう露出領域１１８”を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程１２１０において、透光性材料１０１”をダイアモンド加工して、回折格子１２０”になる（図１７を参照）であろう露出領域１２２”を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程１２１２において、透光性材料１０１”をダイアモンド加工して、第２ミラー１２４”になるであろう露出領域１２８”を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程１２１４において、透光性材料１０１”をダイアモンド加工して、第２折返しミラー１４０”になるであろう露出領域１４４”を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。工程１２１６において、透光性材料１０１”をダイアモンド加工して、出光面１３０”を形成するためにダイアモンド工具が用いられる。いかなる所望の順序でも完了させることができる、工程１２０４，１２０６，１２０８，１２１０，１２１２，１２１４及び１２１６が完了すると、入光面１１２”の一部にスリット１０８”が形成される工程１２１８が実施される。一例において、スリット１０８”は、入光面１１２”に不透明材料１１０”を被着し、次いでスリット１０８”を形成するために不透明材料１１０”の一部を取り除くことによって、形成することができる。別の例において、スリット１０８”は、入光面１１２”に（所望のスリット１０８”と同じ寸法を有する）マスクを施し、露出入光面１１２”及びマスクのいずれにも不透明材料１１２”を被着し、次いで被覆入光面１１２”にスリット１０８”が形成されるようにマスクを除去することによって、形成することができる。マスクは、例えば、細いワイアのような、機械的マスクとすることができるであろう。または、マスクは、フォトマスク及びリソグラフィ法を用いることで被着することができるであろう。工程１２２０において、第１折返しミラー１０５”，第１ミラー１１０”、回折格子１２０”，第２ミラー１１４”及び第２折返しミラー１４０”を形成するため、ダイアモンド加工された透光性材料１０１”の露出領域１１１”，１１８”，１２２”，１２８”及び１４４”に反射性コーティング１０９”，１１６”，１２１”，１２６”及び１４２”が被着される。例えば、不透明材料１１０”並びに反射性コーティング１０９”，１１６”，１２１”，１２６”及び１４２”は、光学工業で普通に用いられる真空手法のいずれかを用いることで被着することができるであろう。また、不透明材料１１０”並びに反射性コーティング１０９”，１１６”，１２１”，１２６”及び１４２”は同じ工程中に被着することができ、（例えば）アルミニウム、金、銀またはニッケルのような、同じ材料とすることができるであろう。この時点において、直接加工モノリシックオフナー分光計１０２”が作製された。

【0039】

図１３を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう、モールド成形モノリシックオフナー分光計１０２”を作製するための一例の方法１３００の工程を示すフローチャートがある。工程１３０２において、（ニッケルで作製することができるであろう）第１の金型１４０２がＣＮＣダイアモンド旋盤に取り付けられて、固定される。次いで第１の金型１４０２をダイアモンド加工して、第１の金型１４０２にそれぞれが第１ミラー１１４”及び第２ミラー１２４”になるべき領域に関わる鏡像１４０４及び１４０６を形成するために、ダイアモンド工具が用いられる（工程１３０４）。図１４は、それぞれが第１ミラー１１４”及び第２ミラー１２４”になるべき領域に関わる鏡像１４０４及び１４０６が形成されている第１の金型１４０２の一例を示す略図である。

【0040】

工程１３０６において、（ニッケルで作製することができるであろう）第２の金型１４０８がＣＮＣダイアモンド旋盤に取り付けられて、固定される。次いで第２の金型１４０８をダイアモンド加工して、第２の金型１４０８にそれぞれが入光面１１２”，第１折返しミラー１０５”，回折格子１２０”，出光面１３０”及び第２折返しミラー１４０”になるべき領域に関わる鏡像１４１０，１４１２，１４１４，１４１６及び１４１８を形成するために、ダイアモンド工具が用いられる（工程１３０８）。図１４は、それぞれが入光面１１２”，第１折返しミラー１５０”，回折格子１２０”，出光面１３０”及び第２折返しミラー１４０”になるべき領域に関わる鏡像１４１０，１４１２，１４１４，１４１６及び１４１８が形成されている第２の金型１４０８の一例を示す略図である。

【0041】

工程１３１０において、第１の金型１４０２及び第２の金型１４０８がそれぞれ金型キャビティ１４２０の両端に連結／取付けされる（図１４を参照）。工程１３１２において、第１の金型１４０２，第２の金型１４０８及び金型キャビティ１４２０内に形成されたキャビティに透光性材料１０１”が注入／圧入される。例えば、工程１３１２は、射出成形プロセス、圧縮成形プロセスまたは注入成形プロセスの一部とすることができるであろう。透光性材料１０１”は、（例えば）ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリカーボネート、シリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化バリウム、塩化銀または三硫化二ヒ素のような、いずれかのタイプの屈折光学材料とすることができる。しかし、どのタイプの透光性材料１０１”が選ばれるべきかにおいて役割を果たし得るいくつかの要因があり、これらの要因には、寸法安定性、低波面誤差、小表面粗さ、特定の応用に対して重要なスペクトル領域、透光性材料１０１”の材料透過率（吸収係数）、及び透光性材料１０１”の屈折率がある。

【0042】

工程１３１４において、第１の金型１４０２，第２の金型１４０８及び金型キャビティ１４２０が相互に分離されて、モールド成形された透光性材料１０１”が露出される。次いで、入光面１１２”の一部にスリット１０８”が形成される工程１３１６が実施される。一例において、スリット１０８”は、入光面１１２”に不透明材料１１０”を被着し、次いでスリット１０８”を形成するために不透明材料１１０”の一部を取り除くことによって、形成することができる。別の例において、スリット１０８”は、入光面１１２”に（所望のスリット１０８”と同じ寸法を有する）マスクを施し、露出入光面１１２”及びマスクのいずれにも不透明材料１１２”を被着し、次いで被覆入光面１１２”にスリット１０８”が形成されるようにマスクを除去することによって、形成することができる。マスクは、例えば、細いワイアのような、機械的マスクとすることができるであろう。または、マスクは、フォトマスク及びリソグラフィ法を用いることで被着することができるであろう。工程１３１８において、第１折返しミラー１０５”，第１ミラー１１０”、回折格子１２０”、第２ミラー１１４”及び第２折返しミラー１４０”を形成するため、透光性材料１０１”の露出領域１１１”，１１８”，１２２”，１２８”及び１４４”に反射性コーティング１０９”，１１６”，１２１”，１２６”及び１４２”が被着される。例えば、不透明材料１１０”並びに反射性コーティング１０９”，１１６”，１２１”，１２６”及び１４２”は、光学工業で普通に用いられる真空手法のいずれかを用いることで被着することができるであろう。また、不透明材料１１０”並びに反射性コーティング１０９”，１１６”，１２１”，１２６”及び１４２”は同じ工程中に被着することができ、（例えば）アルミニウム、金、銀またはニッケルのような、同じ材料とすることができるであろう。この時点において、モールド成形モノリシックオフナー分光計１０２”が作製された。

【0043】

上述したハイパースペクトルイメージングシステム１００/１００’/１００”及び対応するモノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”は、以下でさらに詳細に論じられる、いくつかのコンポーネント及び望ましい小型構成（例えば、焦点距離、線分散）
Ｉ．スリット１０８/１０８’/１０８”，
II．第１ミラー１１４/１１４’/１１４”及び第２ミラー１２４/１２４’/１２４”，
III．回折格子１２０/１２０’/１２０”，
IV．透光性材料１０１/１０１’/１０１”，
Ｖ．モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”の小型構成，
VI．ハウジング１０７/１０７’/１０７”，
を有する。

【0044】

Ｉ．スリット１０８/１０８’/１０８”
上掲の特許文献１に説明されるハイパースペクトルイメージングシステムは、ハウジングに配置され、モノリシックオフナー分光計から物理的に分離された、スリットを有する。対照的に、ハイパースペクトルイメージングシステム１００/１００’/１００”は、モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”の入光面１１２/１１２’/１１２”上に直接に形成されたスリット１０８/１０８’/１０８”を有する。一例において、スリット１０８/１０８’/１０８”は、透光性材料１０１/１０１’/１０１”の入光面１１２/１１２’/１１２”上に不透明材料１１０/１１０’/１１０”を被着し、次いで、透光性材料１０１/１０１’/１０１”の入光面１１２/１１２’/１１２”上に被着されている不透明材料１１０/１１０’/１１０”に開口を加工することで、形成される。別の例において、スリット１０８/１０８’/１０８”は、初めに入光面１１２/１１２’/１１２”に（所望のスリット１０８/１０８’/１０８”と同じ寸法を有する）マスクを施し、次いで露出入光面１１２/１１２’/１１２”及びマスクのいずれにも不透明材料１１０/１１０’/１１０”を被着し、マスクが除去されると被覆入光面１１２/１１２’/１１２”で囲まれたスリット１０８/１０８’/１０８”が残ることによって、形成される。マスクは、例えば、細いワイアのような、機械的マスクとすることができるであろう。または、マスクはフォトマスク及びリソグラフィ手法を用いることで被着できるであろう。了解され得るであろうように、スリット１０８/１０８’/１０８”は多くのプロセスの内のいずれによっても形成することができる。望ましければ、不透明材料１１０/１１０’/１１０”は、それぞれが、（用いられれば）第１折返しミラー１０５’，第１ミラー１１４/１１４’/１１４”，回折格子１２０/１２０’/１２０”，第２ミラー１２４/１２４’/１２４”及び（用いられれば）第２折返しミラー１４０”を形成する、反射性コーティング１０９’，１１６/１１６’/１１６”，１２１/１２１’/１２１”，１２６/１２６’/１２６”及び１４２”と同じ材料（例えば、アルミニウム、金、銀またはニッケル）と同じ材料とすることができる。加えて、不透明材料１１０/１１０’/１１０”は、それぞれが、（用いられれば）第１折返しミラー１０５’，第１ミラー１１４/１１４’/１１４”，回折格子１２０/１２０’/１２０”，第２ミラー１２４/１２４’/１２４”及び（用いられれば）第２折返しミラー１４０”を形成する、反射性コーティング１０９’，１１６/１１６’/１１６”，１２１/１２１’/１２１”，１２６/１２６’/１２６”及び１４２”が透光性材料１０１/１０１’/１０１”上に被着されると同時に、透光性材料１０１/１０１’/１０１”上に被着され得る。この態様においては、透光性材料１０１/１０１’/１０１”上への単一光学コーティング工程を実施することで、生産効率が改善される。

【0045】

図１５を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう、モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”上に形成された一例のスリット１０８/１０８’/１０８”の顕微鏡写真（倍率：３７４×）がある。この例において、不透明材料１１０/１１０’/１１０”は、透光性材料１０１/１０１’/１０１”の入光面１１２/１１２’/１１２”上に被着された、アルミニウムの薄層であった。次いで、不透明材料１１０/１１０’/１１０”（アルミニウム）を貫通する「スロット」を加工してスリット１０８/１０８’/１０８”を形成するためにダイアモンド加工プロセスを用いた。スリット１０８/１０８’/１０８”は次いでビーム１３２/１３２”/１３２^ivがスリット１０８/１０８’/１０８”を通過して透光性材料１０１/１０１’/１０１”に入ることを可能にし、透光性材料１０１/１０１’/１０１”内でビーム１３２/１３２”/１３２^ivは回折されて、回折ビーム１３２’，１３２’’’，１３２^ｖは検出器１０６/１０６’/１０６”に導かれる（図１，５及び１１を参照）。図示される例のスリット１０８/１０８’/１０８”の幅は２μｍ、長さは８ｍｍである。

【0046】

II．第１ミラー１１４/１１４’/１１４”及び第２ミラー１２４/１２４’/１２４”
モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”は、球面ミラー、（収差補正のための）トロイダルミラー、（収差補正のための）トロイダル非球面ミラーまたは自由曲面ミラーである、第１ミラー１１４/１１４’/１１４”及び第２ミラー１２４/１２４’/１２４”を有することができる。例えば、第１ミラー１１４/１１４’/１１４”及び第２ミラー１２４/１２４’/１２４”はいずれもトロイダルミラーまたはトロイダル非球面ミラーとすることができる。または、第１ミラー１１４/１１４’/１１４”をトロイダルミラーとすることができ、第２ミラー１２４/１２４’/１２４”をトロイダル非球面ミラーとすることができる。あるいは、第１ミラー１１４/１１４’/１１４”をトロイダル非球面ミラーとすることができ、第２ミラー１２４/１２４’/１２４”をトロイダルミラーとすることができる。モノリシック分光計におけるトロイダルミラー１１４/１１４’/１１４”及び１２４/１２４’/１２４”（またはトロイダル非球面ミラー１１４/１１４’/１１４”及び１２４/１２４’/１２４”）の使用は、製作が困難なため、従来はなされていなかった。しかし、ダイアモンド加工プロセスを用いたモノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”では、製造コストを増やさずに、トロイダルミラー１１４/１１４’/１１４”及び１２４/１２４’/１２４”（またはトロイダル非球面ミラー１１４/１１４’/１１４”及び１２４/１２４’/１２４”）の利用が可能である。

【0047】

図１６を参照すれば、内面の影付き領域１６０４を、第１ミラー１１４/１１４’/１１４”または第２ミラー１２４/１２４’/１２４”の形状に、あるいは第１ミラー１１４/１１４’/１１４”及び第２ミラー１２４/１２４’/１２４”のいずれの形状ともすることができる、トロイド（環状体）１６０２の略図がある。トロイド形の第１ミラー１１４/１１４’/１１４”及び第２ミラー１２４/１２４’/１２４”の使用により、球面ミラーの使用と比較して、より優れた光学補正が可能になる。２つの一般的なトロイド形状は、「ラグビーボール」形及び「ドーナツ」形である。図示される例のトロイド１６０２は、長半径（Ｒｙ）が短半径（Ｒｘ）の周りを回転している、「ラグビーボール」形トロイドである。Ｒｙが例として円または楕円から逸れる、非球面トロイドも可能である。第１ミラー１１４/１１４’/１１４”及び第２ミラー１２４/１２４’/１２４”に対称性は必要とされない。自由曲面は、数学的に、ある軸の一方の側では負であり、同じ軸の逆側では正である寄与を「奇数」冪の項が生じる多項式で一般に表される。

【0048】

III．回折格子１２０/１２０’/１２０”
モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”は、収差補正のため、トロイダル回折格子１２０/１２０’/１２０”またはトロイダル非球面回折格子１２０/１２０’/１２０”を利用することができる。モノリシック分光計におけるトロイダル回折格子１２０/１２０’/１２０”またはトロイダル非球面回折格子１２０/１２０’/１２０”の使用は、製作が困難なため、従来はなされていなかった。しかし、ダイアモンド加工プロセスを用いたモノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”では、製造コストを増やさずに、トロイダル回折格子１２０/１２０’/１２０”（またはトロイダル非球面回折格子１２０/１２０’/１２０”）の利用が可能である（一例のトロイド形を示す図１６を参照）。

【0049】

図１７を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがって構成された一例の回折格子１２０/１２０’/１２０”の詳細図がある。図示されるように、回折格子１２０/１２０’/１２０”は、有倍率面１７０４（例えば、球面１７０４，トロイダル面１７０４，トロイダル非球面１７０４）内に形成された非常に多くの線格子１７０２を有する。それぞれの線格子１７０２は、有倍率面１７０４内で変化するブレーズ角にしたがって傾けられたブレーズ面（または二重ファセットブレーズ面１７０４ａまたは有倍率ブレーズ面１７０８ｂ）を有する。ブレーズ角１７１０はブレーズファセットと局所接表面の間で測定して０.１°〜２０°の範囲にある。それぞれの線格子１７０２は２本のけい線１７１４ａ及び１７１４ｂの間の距離で定められる周期１７１２を有する。周期１７１２は０.０００５ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることができる。それぞれのけい線１７１４ａ及び１７１４ｂは本明細書でブレーズリセット１７１６と称される領域を有する。ブレーズリセット１７１６は０.２〜１０μｍの範囲の高さを有する。ブレーズリセット１７１６はブレーズ面１７０８に対して垂直とすることができ、あるいはブレーズリセットと局所表面法線の間で測定して±２０°の範囲にある角度で配向させることができる。回折格子１２０/１２０’/１２０”をどのようにして透光性材料１０１/１０１’/１０１”に直接ダイアモンド加工することができるかについての議論は図１８に関して以下で与えられる。

【0050】

図１８を参照すれば、本発明の一実施形態にしたがう回折格子１２０/１２０’/１２０”を透光性材料１０１/１０１’/１０１”に直接ダイアモンド加工するための一例の方法１８００の工程を示すフローチャートがある（注：これは、図２の工程２０８，図８の工程８１０及び図１２の工程１２１０を実施するための一方法に関するさらに詳細な議論である）。工程１８０２において、透光性材料１０１/１０１’/１０１”がＣＮＣダイアモンド旋盤に取り付けられて固定される。工程１８０４において、線格子１７０４及び有倍率面１７０４（湾曲面１７０４）（図１７を参照）を形成するため、格子プロファイルによって定められる行路にかけて（ブレーズリセット１７１６より小さい半径を有することが好ましい）ダイアモンド工具１７２０の動作及び移動をＣＮＣプログラムが制御する。有倍率面１７０４に沿うブレーズ角１７１０の変化もＣＮＣプログラムによって制御される。このプロセスは、数μｍから数ｍｍの範囲にある格子周期１７１２を形成するために用いることができる。

【0051】

一実施形態において、ダイアモンド工具１７２０は半径が０.５μｍから２０μｍの範囲にある先端を有する。ダイアモンド工具の先端半径は非常に小さいから、ＣＮＣダイアモンド旋盤は、所望の光学仕上げを得るため、非常に緩やかな送り速度を有する必要がある。加えて、ＣＮＣダイアモンド旋盤は１０ｎｍより小さいフィードバック分解能で動作する必要がある。このタイプの製造プロセスは長時間かかることができ、この結果、格子周期１７１２の一様性はＣＮＣダイアモンド旋盤の熱安定性に非常に敏感になり得る。この問題に対処するため、初めにブレーズ面１７０８／ブレーズ角１７１０を加工し、次いで時間効率が一層高い別のＣＮＣプログラムを用いて（格子周期１７１２を定める）ブレーズリセット１７１６を加工することができるであろう。これがなされれば、回折格子１２０/１２０’/１２０”は、粗さ（Ｒａ）が〜１ｎｍの、反復する特性「指紋」をもつ表面仕上げを有することになる。この特性「指紋」の反復構造は、回折格子が本発明にしたがって作製されているものか否かを判定するために用いることができるであろう、一指標である。

【0052】

上述した作製方法１８００及び作製された回折格子１２０/１２０’/１２０”はいくつかの望ましい特徴及び利点を有し、それらのいくつかが以下に論じられる：
・作製方法１８００は凸面も凹面も作製するために用いることができ、このことは上述した回折格子１２０/１２０’/１２０”を組み込んでいるモノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”を多数複製するための金型を作製できる（例えば、図４，１０及び１４を参照）ことを意味する。これは、モールド成形モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”を、民生用途に必要な、高い費用効率で大量に作製することができるから、望ましい；
・回折格子１２０/１２０’/１２０”は、その外形が透光性材料１０１/１０１’/１０１”または金型４０８，１００８及び１４０８（図４，１０及び１４を参照）に直接に加工されるから、機械的及び環境的に安定である；
・ＣＮＣプログラム及び小形ダイアモンド工具が一緒に作用して、有倍率面１７０４上の特定の点における特定の光入射角に整合するようにブレーズ角１７１０の変化が加工されることを保証する。このブレーズ角１７１０の変化は効率を向上させる。さらに、このブレーズ角１７１０の変化は、従来は利用できなかった追加の設計自由度である；
・ブレーズ面１７０８は１つの波長に最適化されたブレーズ角１７１０をもつ平坦面である必要はない。代わりに、ブレーズ面１７０８は、拡張された動作波長範囲にわたって性能を最適化するために、ファセットを形成するかまたは「有倍率」とすることができる。図１７は一例の二重ファセットブレーズ面１７０８ａ及び一例の有倍率ブレーズ面１７０８ｂを示す；
・設計者は、光学収差を補正するため、作製プロセスを制御して周期１７１２を変えることができる。または、設計者は周期を変えることができ、よって共通基板上に異なる周期をもつ複数の開口を用いることができる；
・ブレーズ面１７０８間のブレーズリセット１７１６はブレーズ角１７１０の変化と同様の変化を示す角度を有することができる。しかし、これは本発明の要件ではない。小形ダイアモンド工具１７２０により、工具１７２０がブレーズ面１７０８に付随するブレーズ角１７１０とは異なる角度にブレーズリセット１７１６の角度を変えることができる能力を有するように、工具１７２０上の同じ点を用いることが可能になる。これは、従来はブレーズ面とブレーズリセットを同時に形成するために比較的大きな工具が用いられたであろうから、顕著な改善である。

【0053】

IV．透光性材料１０１/１０１’/１０１”
モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”を作製するために用いられる透光性材料１０１/１０１’/１０１”のタイプは事実上、検出器１０６/１０６’/１０６”のタイプ及び、特に、遠隔物体の画像を生成するために用いられる検出器１０６/１０６’/１０６”の波長（色）感度を規定するであろう。例えば、モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”がプラスチック（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリカーボネート）でつくられていれば、波長は可視光領域にあり、検出器１０６/１０６’/１０６”は相補型金属−酸化物−半導体（ＣＭＯＳ）ビデオカメラ１０６/１０６’/１０６”とすることができるであろう。モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”が赤外光透光性材料（例えば、フッ化バリウム、塩化銀または三硫化二ヒ素）でつくられていれば、検出器１０６/１０６’/１０６”は、テルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄＴｅ）またはアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）に基づくことができる赤外線（ＩＲ）検出器であろう。

【0054】

赤外光透光性材料−フッ化バリウム、塩化銀及び三硫化二ヒ素−は、良好な寸法安定性をもって容易にダイアモンド旋盤で加工され、回折構造を作製する場合に有用な低波面誤差、小表面粗さ及び高忠実度を有するから、この特定の用途において望ましい。特に、フッ化バリウムは、広い高透過波長範囲（０.３８〜１２.０μｍ）を有するから、モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”に非常に有用な材料である。三硫化二ヒ素の透過波長範囲はより狭い（０.６８〜１１.０μｍ）が、屈折率がｎ＝２.４５と高いことから、一層小型のモノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”をつくるために用いることができる。塩化銀も高屈折率（ｎ＝２.００）を有し、さらに遠ＩＲ波長（０.５〜２２μｍ）まで透過させ、これは小型モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”の作製に有用である。

【0055】

Ｖ．モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”の小型構成
モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”は下の式１及び諸元：

【0056】

【数1】

【0057】

ここで、
ｄｘ/ｄλは４〜２００ｍｍ/μｍの範囲にある線分散である、
ｆは、回折格子１２０/１２０’/１２０”と焦点面検出器１０６/１０６’/１０６”の間で測定される、１０〜３００ｍｍの範囲にある焦点距離である、
ｄは３〜１０００μｍの範囲にある線格子の周期である、
ｎは１〜１０の範囲にある回折次数である、
Φは、入射光と法線の間で測定される、１°〜３０°の範囲にあるエバート角である、及び
θは、入射光と得られるｎ次数回折光の間で測定される、０.２°〜４５°の範囲にある回折角である、
にしたがって構成することができる。

【0058】

図１９を参照すれば、式１のエバート角Φ、異なる次数の回折光（例えば）１９０２ａ，１９０２ｂ，１９０２ｃ，１９０２ｄ及び１９０２ｅ，及び回折角θを示すために用いられる、回折格子１２０/１２０’/１２０”の一部が示されている。図示されるように、入射ビーム１９０４は回折格子１２０/１２０’/１２０”上に導かれ、格子がなければ、０次回折（反射）光１９０２ｂは、反射された入射ビーム１９０４’が進むであろう光路をとる。他方で、格子が存在すれば、反射された入射ビーム１９０４’は、格子の構造に依存して、−１次回折光１９０２ａ，１次回折光１９０２ｃ、２次回折光１９０２ｄ、３次回折光１９０２ｅ、等となって進む。この例においては、−１次回折光１９０２ａの光路上を進む、反射された入射ビーム１９０４’が図示されている。エバート角Φは入射光１９０４と表面法線１９０６の間で測定されるとして示される。回折角θは表面法線１９０６と、この例では１次回折光１９０２ｃである、生じた回折光の間で測定されるとして示される。

【0059】

モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”が式１及び随伴する諸元にしたがって構成されていれば、「小型」モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”であると見なされるであろう。次に論じられるように、上述した諸元にしたがって作製された「小型」モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”は、従来の「小型」オフナー分光計に優る改善である。

【0060】

より長い（例えば５０〜１５００ｍｍの）焦点距離（ｆ）を用いてより大きな（例えば４〜２００ｍｍ/μｍの）線分散（ｄｘ/ｄλ）を達成するための従来のオフナー分光計は、短い（例えば５〜２００μｍの）格子周期を有するであろう。そのような短い周期は作成が困難であり、したがって、製造業者等は回折格子をポリマーで複製しなければならず、次いで複製された回折格子をモノリスに取り付けなければならなかった。これには、ポリマーとモノリスの間の屈折率不整合が迷反射光を生じさせ、また、代表的なポリマーにおける大きな吸収によりスペクトル範囲が制限されるから、問題があった。

【0061】

新規の回折格子１２０/１２０’/１２０”においては、格子周期が長く（例えば３〜１０００μｍ）、よって透光性材料１０１/１０１’/１０１”に直接ダイアモンド加工するかまたは金型４０８，１０８及び１４０８内で複製することで、容易に作製することができるが、（ｄ/ｎ）が比較的小さいままであるように回折次数（例えば１〜１０）が選ばれる。格子溝の外形は選ばれた回折次数において所望の回折効率が得られるように設計される。

【0062】

VI．ハウジング１０７/１０７’/１０７”
赤外（ＩＲ）スペクトル領域における「小型」モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”の重要な利点は、小寸であることによって、標準の検出器デュワー瓶１０７/１０７’/１０７”（ハウジング１０７/１０７’/１０７”）内に組み込むことが可能になることである。従来は改良型ダイソン分光計が標準の検出器デュワー瓶に組み込まれていたが、「小型」モノリシックオフナー分光計１０２/１０２’/１０２”では、モノリシック構造によって温度無依存になり、ダイソン構造では迷光を避けるために必要であった無反射（ＡＲ）コーティングを必要としないから、優れている。

【0063】

本発明の複数の実施形態を添付図面に示し、上記の詳細な説明で説明したが、本発明が開示された実施形態に限定されず、添付される特許請求の範囲に述べられ、定められるような本発明を逸脱することなく、数多くの再構成、改変及び置換が可能であることは当然である。本明細書に用いられる「本発明」または「発明」が実施形態例に関しており、添付される特許請求の範囲に包含される全ての実施形態に関しているとは限らないことにも注意すべきである。

【符号の説明】

【0064】

１００，１００’，１００” ハイパースペクトルイメージングシステム
１０１，１０１’，１０１”透光性材料
１０２，１０２’，１０２” モノリシックオフナー分光計
１０３’ 透光性ブロック
１０４，１０４’，１０４” 前置光学系
１０５’，１０６” （第１）折返しミラー
１０６，１０６’，１０６” 検出器
１０７，１０７’，１０７” ハウジング
１０８，１０８’，１０８” スリット
１０９’，１０９”，１１６，１１６’，１１６”，１２１，１２１’，１２１”，１２６，１２６’，１２６”，１４２” 反射性コーティング
１１０，１１０’，１１０” 不透明材料
１１１’ 露出領域／第４の表面
１１２，１１２’，１１２” 露出領域／入光面
１１４，１１４’，１１４” 第１ミラー
１１８，１１８’，１１８” 露出領域／第１の表面
１２０，１２０’，１２０” 回折格子
１２２，１２２’，１２２” 露出領域／第２の表面
１２４，１２４’，１２４” 第２ミラー
１２８，１２８’，１２８” 露出領域／第３の表面
１３０，１３０’，１３０” 出光面
１３２，１３２”，１３２^iv ビーム（光）
１３２’，１３２’’’，１３２^ｖ 回折ビーム（回折光）
１４０” 第２折返しミラー
１４４” 露出領域／第５の表面
４０２，４０８，１００２，１００８，１４０２，１４０８ 金型
４０４，４０６，４１０，４１２，４１４，１００４，１００６，１０１０，１０１２，１０１４，１０１６，１４０４，１４０６，１４１０，１４１２，１４１４，１４１６，１４１８ 鏡像
４１６，１０１８，１４２０ 金型キャビティ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【国際調査報告】