直角プリズムと正三角プリズムの実用的比較

直角プリズムは全反射を利用して光を90°または180°曲げます。一方、正三角形プリズムは白色光をスペクトルに分光します。偏角、取り付け方法、表面品質が適切な選択を左右する仕組みを比較します。

公開チームXI LANGS Editorial

発行済み2026年10月17日

ページ更新2026年10月24日

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簡単な答え

選択する直角プリズムビームを 90° 曲げるか、180° 戻す必要がある場合、損失を最小限に抑えるために使用します。全反射がコーティングなしで機能します。選択する正三角形プリズム白色光をスペクトルに分散させたり、屈折率を測定する必要がある場合。この2つは互換性がありません。一方はビームの方向を制御し、もう一方は波長の分離を制御します。

正三角形プリズム

各プリズムが光を屈折させる仕組み

直角プリズムには、45°の面が2つと、90°の面が1つあります。脚に垂直に入射した光は、斜辺に45°の角度で当たります。これは一般的な光学ガラスの臨界角を超えるため、ビームは内部反射し、入力に対して90°の角度で出射します。代わりに斜辺から入射すると、ビームは180°で戻ります。これは再帰反射や干渉計のアームに役立ちます。全反射はガラスと空気の界面に依存するため、反射コーティングは不要で、損失が低く抑えられ、高出力経路でのコーティング損傷を回避できます。

正三角形プリズムには、3つの等しい60°の角度があります。光は1つの面から入射し、屈折してガラス内を進み、別の面から出射します。屈折率は波長によって変化するため、青い光は赤い光よりも曲がります。これが分散であり、白色光をスペクトルに分離する原理です。偏向角はプリズムの屈折率と入射角に依存します。最小偏角では、ビーム経路が対称になり、スペクトルが最も鮮明で測定に適します。

偏向角とアライメントにおけるその意味

直角プリズムの場合、偏向角は幾何学的に固定されています。使用する面に応じて、90° または 180° です。この予測可能性により、アライメントは簡単です。プリズムが入射ビームに対して直角になれば、出力方向は決まります。正三角形プリズムの場合、偏向は波長と入射角によって変化するため、単純な折り返しミラーとして扱うことはできません。入射角と検出器またはスリットの位置を一緒に計画する必要があり、出力を調整するために回転ステージが必要になる場合があります。

セットアップにすでに厳しい機械的制約がある場合、直角プリズムの固定偏向は設計が容易です。分光器を構築している場合や、材料の分散特性を評価する必要がある場合、正三角形プリズムの可変偏向は欠点ではなく、むしろ目的そのものです。

表面品質と材料の選択

直角プリズムは、斜辺が散乱を起こさずに全反射を支えるのに十分な平面性を備えている必要があるため、表面精度とスクラッチ・ディグによって指定されることがよくあります。斜辺の表面が不良だと光が散乱し、結像系や計測系のコントラストが低下する可能性があります。正三角形プリズムも同様に指定されますが、重要な面は2つの屈折面です。その研磨状態は、スループットとスペクトル分解能の両方に影響します。どちらの場合も、スクラッチ・ディグが細かいほど迷光が少なくなり、これは単純なビームステアリングよりも低信号アプリケーションで重要になります。

材料の選択も重要です。N-BK7は、コスト効率が良く透過率が高いため、可視光および近赤外の用途で一般的です。熱安定性や紫外線透過が必要な場合は、溶融石英が選ばれます。アプリケーションが広い温度範囲にわたる場合、溶融石英の低い熱膨張はアライメントの安定性維持に役立ちますが、コストが高く、ベンチセットアップには不要な場合もあります。

取り付けと取り扱いに関する実際的な違い

直角プリズムはコンパクトで、単一の面に取り付けられるため、ブラケットが簡素化され、調整回数が減ります。正三角形プリズムは、多くの場合、回転ステージに取り付けられ、最小偏角の入射角を設定したり、スペクトルをスキャンしたりできます。この追加の自由度により、アライメント時間は増えますが、分散を制御できます。

取り扱いはどちらも同様です。端を持ち、手袋を着用し、必要な場合のみ適切な光学グレードの用品で清掃してください。斜辺や屈折面に触れるのは避けてください。皮脂は透過率を低下させ、研磨を傷つけずに除去するのが難しいためです。

比較の概要

ビームステアリングと分散： 直角プリズムは、全反射によりビームを固定角度の90°または180°で方向転換します。正三角形プリズムは分散により波長を分離し、その偏角は波長と入射角に依存します。 光を曲げることが目的なら直角プリズムを選び、波長を分析または分離することが目的なら正三角形プリズムを選びましょう。
アライメントの複雑さ： 直角プリズムは、入力ビームに対して直角に合わせるだけで、予測可能な出力が得られます。正三角形プリズムは、多くの場合、回転ステージと、検出器またはスリットを目的の波長範囲に合わせて慎重に配置する必要があります。 正三角形プリズムには、特に最小偏角が必要な場合は、より多くのアライメント時間を確保してください。
表面品質の影響： 直角プリズムの場合、斜辺の平面度とスクラッチ・ディグは全反射効率に影響します。正三角形プリズムの場合、2つの屈折面がスループットとスペクトル純度に影響します。迷光や低信号が懸念される場合は、より厳しいスクラッチ・ディグを指定してください。単純なビームフォールディングには標準品質で十分なことがよくあります。