プリズム（光学）

光学プリズムは、光を屈折させるように設計された、平らで磨かれた表面を持つ透明な光学素子です。少なくとも 1 つの表面は角度が付いている必要があります。2 つの平行な表面を持つ素子はプリズムではありません。最も一般的なタイプの光学プリズムは、三角形の底面と長方形の側面を持つ三角プリズムです。すべての光学プリズムが幾何プリズムであるわけではなく、すべての幾何プリズムが光学プリズムと見なされるわけではありません。プリズムは、設計された波長に対して透明な任意の材料から作ることができます。一般的な材料には、ガラス、アクリル、蛍石などがあります。

分散プリズムは、白色光をその構成スペクトル色（虹の色）に分解して、次のセクションで説明するスペクトルを形成するために使用できます。以下に示す他の種類のプリズムは、光を反射したり、光を異なる偏光の成分に分割したりするために使用できます。

分散プリズムは、屈折率が波長に依存するため、光をその構成スペクトル色に分解するために使用されます。プリズムに入る白色光は、異なる波長の混合物であり、それぞれがわずかに異なって曲がります。青色光は赤色光よりも遅くなるため、赤色光よりも大きく曲がります。

• 三角柱
• アミチプリズムとその他の複合プリズム
• 後面に鏡を備えたリトロープリズム
• ペリン・ブローカプリズム
• アベプリズム
• グリズム、表面に回折格子を備えた分散プリズム
• フェリープリズム

スペクトル分散は光学プリズムの最もよく知られた特性ですが、実際には光学プリズムが最も頻繁に使用される目的ではありません。

反射プリズムは、光を反射して、光線を反転、反転、回転、偏向、または変位させるために使用されます。通常、双眼鏡や一眼レフカメラで像を正立させるために使用されます。プリズムがなければ、ユーザーには像が逆さまに見えます。

反射プリズムは、十分な斜角でファセットに当たる光をほぼ完璧に反射するために全反射を使用します。プリズムは通常、光学ガラスで作られており、入力ファセットと出力ファセットの反射防止コーティングと組み合わせることで、金属ミラーよりも光損失が大幅に少なくなります。

• 反射回数が奇数の場合、画像は反転して投影されます（鏡像になります）。
  • 三角柱反射鏡、横向きに画像を投影します（垂直な入力と出力の入射の場合、色分散はゼロです）
  • ルーフペンタプリズムは、他の軸に沿って横向きに反転した画像を投影します。
  • 鳩のプリズムは画像を前方に投影します
  • コーナーキューブ反射鏡は画像を後方に投影します
• 反射回数が偶数の場合、画像は垂直に投影されます（利き手は変化しません。回転する場合としない場合があります）。
  • ポロプリズムは画像を逆向きに投影し、ずれた位置に投影する
  • ポロ・アッベプリズムは、像を前方に投影し、180°回転させて、
  • ペルガープリズムはポロ・アッベプリズムをベースに開発されたもので、像を前方に投影し、180°回転させて配置します。
  • アッベ・ケーニッヒプリズム は、像を前方に投影し、180°回転して共線的に投影します（内部反射は4回[屋根の平面で反射は2回]）
  • バウエルンファインド プリズムは横向き（45°傾斜）に画像を投影します。
  • Amiciルーフプリズムは画像を横向きに投影します
  • ペンタプリズムは横向きに画像を投影します
  • シュミット・ペシャン・プリズムは、像を前方に投影し、180°回転させます（6回の反射[2回の反射は屋根の平面上]、バウアーンファイント部分とシュミット部分で構成）。
  • アッペンダール プリズム は、画像を前方に投影し、180° 回転して共線的に投影します (6 回の反射 [2 回の反射は屋根の平面上])。3 つのプリズムを接着して構成されています。

さまざまな薄膜光学層を 1 つの直角プリズムの斜辺に堆積し、別のプリズムに接着してビームスプリッター キューブを形成できます。このようなキューブの全体的な光学性能は、薄膜層によって決まります。

通常のガラス基板と比較すると、ガラスキューブは両面から薄膜層を保護し、機械的安定性が向上します。また、ガラスキューブはエタロン効果、裏面反射、およびわずかなビーム偏向を排除することもできます。

• 二色性カラーフィルターは二色性プリズムを形成する
• 偏光キューブビームスプリッターは複屈折型よりも消光比が低いが、安価である。
• 部分的に金属化されたミラーは非偏光ビームスプリッターを提供する
• エアギャップ - 2 つの三角柱の斜辺をエアギャップで互いに非常に接近させて積み重ねると、 1 つの柱での全反射が妨げられ、放射の一部が 2 番目の柱で伝播する波に結合される可能性があります。透過電力はギャップ幅とともに指数関数的に低下するため、マイクロメートルねじで何桁も調整できます。
• バイプリズム（またはフレネルバイプリズム）：2つのプリズムが底部で結合され、広い頂角（約180°）を形成する。共通光路干渉法で使用される。^{[1] [2]}

もう一つのクラスは偏光プリズムで、これは複屈折を利用して光線をさまざまな偏光の成分に分割します。可視および紫外線領域では損失が非常に少なく、消光比は通常 を超えており、他のタイプの偏光子よりも優れています。全反射を使用する場合と使用しない場合があります。 ${\displaystyle 10^{5}:1}$

• 1 つの偏光は全反射によって分離されます。
  • ニコルプリズム
  • グラン・フーコープリズム
  • グラン・テイラープリズム、その高倍率版はグラン・レーザープリズムとも呼ばれる。
  • グラン・トムソンプリズム
• 1 つの偏光は異なる屈折によってのみ偏向します。
  • ロションプリズム
  • セナルモンプリズム
• 両方の偏光は屈折によって偏向します。
  • ウォラストンプリズム
  • ノマルスキープリズム– ウォラストンプリズムの変形で、p成分とs成分がずれて互いに収束します。微分干渉コントラスト顕微鏡で重要です。
• 両方の偏光は平行のままですが、空間的に分離されています。
  • 偏光ビームディスプレイサー。通常は平面平行面を持つ厚い異方性結晶で作られる。

これらは通常、方解石のような複屈折結晶材料で作られていますが、 UV 用途には石英やα-BBOなどの他の材料が必要になる場合があり、その他の材料 ( MgF ₂、YVO ₄、TiO ₂ ) は透過率を赤外線スペクトル範囲まで拡張します。

ガラスのような等方性材料で作られたプリズムも光の偏光を変えます。斜角での部分反射では光のs 偏光成分とp 偏光成分の振幅比 (位相も) が維持されず、全体的に楕円偏光になります。これは通常、分散プリズムの望ましくない効果です。場合によっては、光が垂直角度で出入りするプリズム形状を選択するか、非平面の光の軌跡による補正、または p 偏光の使用によってこれを回避できます。

全反射は、 s 偏光と p 偏光の相互位相のみを変更します。入射角を適切に選択すると、この位相は に近くなります。 ${\displaystyle \pi /4}$

• フレネルロムは、この効果を利用して円偏光と直線偏光の変換を実現します。この位相差は波長に明示的に依存するのではなく、屈折率のみに依存するため、低分散ガラスで作られたフレネルロムは、1/4波長板よりもはるかに広いスペクトル範囲を実現します。ただし、ビームを移動させます。
• 4 重反射とゼロビーム変位を備えた 2 重フレネル菱形は、半波長板の代わりとなります。
• 同様の効果を利用して偏光維持光学系を作成することもできます。

複屈折結晶は、光の偏光解消を見かけ上もたらすような方法で組み立てることができます。

• コルニュ偏光除去器
• リオット偏光解消器

理想的な単色平面波では偏光解消は観察されません。これは、実際には両方のデバイスが、ビームの時間的コヒーレンスまたは空間的コヒーレンスの低下を、偏光成分の偏光解消に変換するためです。

プリズムの全反射は、光学、プラズモニクス、顕微鏡検査などさまざまな分野で利用されています。具体的には、

• プリズムは、伝播する光を表面プラズモンに結合するために使用されます。三角プリズムの斜辺が金属化されるか（クレッチマン構成）、またはエバネッセント波が非常に近い金属表面に結合されます（オットー構成）。
• 一部のレーザー活性媒体はプリズムとして形成され、低品質のポンプビームが前面から入射し、増幅されたビームがそこからの斜入射で全反射します。このような設計は熱応力の影響が少なく、高出力レーザーダイオードによるポンピングが容易です。

プリズムのその他の用途は、ビームを偏向させる屈折に基づいています。

• ウェッジプリズムは、単色光のビームを一定の角度で偏向させるために使用されます。このようなプリズムのペアはビームステアリングに使用できます。プリズムを回転させることにより、ビームを円錐形の「視野」内で任意の角度に偏向させることができます。最も一般的に見られる実装は、リズレープリズムペアです。^[3]
• 例えば真空チャンバーやキュベットの透明窓もわずかにくさび形にすることができます (10' − 1°)。これにより反射は減少しませんが、透過スペクトルを変調するファブリペロー干渉が抑制されます。
• アナモルフィックプリズムは、類似しているが非対称に配置されたプリズムのペアで、ビームのプロファイルを変更することもできます。これは、レーザーダイオードの楕円出力から円形のビームを作成するためによく使用されます。単色光の場合、異なるウェッジ傾斜から生じるわずかな色分散は問題になりません。
• 帆船では、ろうそくや灯油ランプは木造船では火災の危険があるため、デッキ下に日光を取り入れるためにデッキプリズムが使用されていました^{[4] 。}

矯正レンズを軸からずらすことで、プリズムが画像をずらすのと同じように、矯正レンズを通して見る画像をずらすことができます。眼科の専門家は、プリズムや軸からずらしたレンズを使用して、さまざまな視能矯正の問題を治療します。

• 複視（物が二重に見える）
• 正と負の融合問題^{[曖昧] [引用が必要]}

プリズム眼鏡は、単一のプリズムを使用して両眼の相対的な変位を実現し、それによって内斜視、外斜視、遠斜視、または下斜視を矯正します。

対照的に、両眼に等しいパワーのプリズムを備えた眼鏡はヨークプリズム（共役プリズム、アンビエントレンズ、パフォーマンスグラスとも呼ばれる）と呼ばれ、両眼の視野を同じ程度に移動します。^[5]

ウィキメディア・コモンズには、プリズムに関連するメディアがあります。

• 最小偏差
• 多重プリズム分散理論
• プリズムコンプレッサー
• プリズム度数
• プリズム分光計
• プリズム（幾何学）
• 色彩理論
• 三角柱（幾何学）
• スーパープリズム
• 眼鏡の処方箋
• プリズム照明

• ヘクト、ユージン (2001)。光学（第 4 版）。ピアソン エデュケーション。ISBN 0-8053-8566-5。

• 「プリズム」 ブリタニカ百科事典第22巻（第11版）。1911年。361ページ。
• プリズムによる屈折の Java アプレット