JP2002527784A - 凹面円環反射体を用いる集束集光システム - Google Patents
凹面円環反射体を用いる集束集光システムInfo
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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Abstract
(57)【要約】
アークランプ等の電磁放射源（ＳＯ）は、凹面円環反射面（Ｍ１）の光軸から変位された点に配置される。一次凹面反射体（Ｍ１）は、放射源（ＳＯ）からの放射を光軸から変位された軸ずれ像点において集束する。円環反射面の使用は、軸ずれ構成に起因する収差を実質的に低減することにより、球面反射面に対して光ファイバ等の小さな標的（Ｔ）への集束効率を高める。二次（第２の）凹面反射体（Ｍ２）が、小さな標的（Ｔ）により集束された全線束をさらに高めるために、一次（第１）（Ｍ１）の反対側に置かれる。一実施形態によれば、本発明は、曲率半径により除算された軸ずれ距離の二乗が電磁放射源の範囲（ｙ0 2／ｒ＜Ｓ0）と等しいか、またはそれよりも小さい装置に関する。
Description
【０００１】
本発明は、電磁放射を集束する（collecting and condensing）システムに関
し、特に、光ファイバのような小さな標的に対して高い放射輝度を提供するシス
テムに関する。
し、特に、光ファイバのような小さな標的に対して高い放射輝度を提供するシス
テムに関する。
【０００２】
電磁放射のための従来の集光集束設計は、点光源によって接近させて、放射源
から最大量の光を集めて焦点方向を変えることに重点を置いている。これらの設
計に基づいて小さなスポットサイズをもたらすことにより、従来の設計（すなわ
ち最大量の光の集光および方向変え）は、本来、従来の非干渉性の（incoherent
）放射源から放射が生じる場合に、可能な限り最小のスポットサイズに放射束を
集束することを目標として取り組んでいるために、放射束の低減をもたらす結果
となる。したがって、小さなスポットサイズの像は、線束密度の対応する低減に
よってのみ得ることができる。
から最大量の光を集めて焦点方向を変えることに重点を置いている。これらの設
計に基づいて小さなスポットサイズをもたらすことにより、従来の設計（すなわ
ち最大量の光の集光および方向変え）は、本来、従来の非干渉性の（incoherent
）放射源から放射が生じる場合に、可能な限り最小のスポットサイズに放射束を
集束することを目標として取り組んでいるために、放射束の低減をもたらす結果
となる。したがって、小さなスポットサイズの像は、線束密度の対応する低減に
よってのみ得ることができる。
【０００３】 放射を集束するために通常使用する２つの基本的な光学設計がある。第１のも
のは、図１に示されるような集束レンズのシステムである。集束レンズは、例え
ば、色収差および球面収差の発生、比較的高いコスト、本来のアラインメントの
困難さ、大量の空間といった、幾つかの問題を有する。図２に示されるように、
楕円反射体もまた、従来技術のシステムに用いられる。それらの問題はまた、コ
ストが高いこと、および不可避である像の拡大（すなわち線束密度の低減）を含
む。これらのシステムのいずれも、上記に説明したように、線束密度により点光
源からの最大量の線束の方向変えに重点を置く傾向にある。
のは、図１に示されるような集束レンズのシステムである。集束レンズは、例え
ば、色収差および球面収差の発生、比較的高いコスト、本来のアラインメントの
困難さ、大量の空間といった、幾つかの問題を有する。図２に示されるように、
楕円反射体もまた、従来技術のシステムに用いられる。それらの問題はまた、コ
ストが高いこと、および不可避である像の拡大（すなわち線束密度の低減）を含
む。これらのシステムのいずれも、上記に説明したように、線束密度により点光
源からの最大量の線束の方向変えに重点を置く傾向にある。
【０００４】 その実施形態が参照（図３）により本明細書に援用される米国特許第４，７５
７，４３１号では、軸ずれ（off-axis）凹球面反射体を用いて、小さな標的と、
小さな標的により集束可能な線束量とを照射する最大線束を拡げる、改良された
集束集光システムを記載している。この特許明細書に記載されている軸ずれ凹球
面反射体は、ある不利な点、すなわち軸ずれ変位の方向に並行した非点収差、お
よびこの距離を最小にするための必要条件に固有の物理的制限を有する。非点収
差の影響によりシステムの集束効率が低減することによって、標的に集められた
線束が低減する。点光源および標的間の軸ずれ距離を最小にするための（すなわ
ち、非点収差ひずみを最小にするための）必要条件は、記載する実施形態の点光
源および標的の物理的次元に関する制限に課される。変形可能な凹球面反射体の
使用の教示は、垂直であり不均一である２つの曲率半径を有する円環反射体の使
用をもたらさない。
７，４３１号では、軸ずれ（off-axis）凹球面反射体を用いて、小さな標的と、
小さな標的により集束可能な線束量とを照射する最大線束を拡げる、改良された
集束集光システムを記載している。この特許明細書に記載されている軸ずれ凹球
面反射体は、ある不利な点、すなわち軸ずれ変位の方向に並行した非点収差、お
よびこの距離を最小にするための必要条件に固有の物理的制限を有する。非点収
差の影響によりシステムの集束効率が低減することによって、標的に集められた
線束が低減する。点光源および標的間の軸ずれ距離を最小にするための（すなわ
ち、非点収差ひずみを最小にするための）必要条件は、記載する実施形態の点光
源および標的の物理的次元に関する制限に課される。変形可能な凹球面反射体の
使用の教示は、垂直であり不均一である２つの曲率半径を有する円環反射体の使
用をもたらさない。
【０００５】
本発明は、３つの点において、米国特許第４，７５７，４３１号に開示される
システム上の改良を記載する。すなわち、（ｉ）小さな標的への点状の電磁放射
源により放出された放射の集束を強める点と、（ｉｉ）小さな標的への集束可能
な線束を増大させる点と、（ｉｉｉ）米国特許第４，７５７，４３１号に記載さ
れるいずれの「軸ずれ光学システム（off-axis optical system）」について、
特に、実用システムへの好適な実施形態の転化において、電磁放射源と小さな標
的との間の集束および結合効率を改良する点である。
システム上の改良を記載する。すなわち、（ｉ）小さな標的への点状の電磁放射
源により放出された放射の集束を強める点と、（ｉｉ）小さな標的への集束可能
な線束を増大させる点と、（ｉｉｉ）米国特許第４，７５７，４３１号に記載さ
れるいずれの「軸ずれ光学システム（off-axis optical system）」について、
特に、実用システムへの好適な実施形態の転化において、電磁放射源と小さな標
的との間の集束および結合効率を改良する点である。
【０００６】 上記の目的およびその他の目的を達成するために、本発明は、２つの直交軸（
すなわち円環反射体）に沿った異なる曲率半径、電磁放射源、および標的（すな
わち光ファイバ）を有する凹反射体面を一次光素子として用いる。放射源および
標的は、システムの、凹面円環反射体（「軸ずれ反射体」）の光軸として規定さ
れる光軸の反対側に同一距離で配置される。標的での最大線束密度の集束のため
に、好ましくは円環設計、代替的には球形設計の逆反射体は、円環反射体上への
放射源による逆集束放射を反射するために放射源の後ろに配置される。軸ずれ円
環反射体とともに逆反射体は、標的で集束された放射の集束可能な線束密度を最
大にするためのシステムとして作用する。システムは、標的での集束可能な放射
輝度を２つの点において、すなわち（ｉ）反射体の円環設計により、軸ずれ構成
およびアークランプ等の、典型的な電磁放射源のガラスエンベロープにより起因
される非点収差が補正される点と、（ｉｉ）逆反射体により、放射源の有効輝度
が増大する点において、実質的に改良する。システムの最大光学的効率は、反射
体と標的との光学的マッチングにより得られる。一方、標的における最大線束密
度、特に、標的としての光ファイバにより集束可能な線束密度が、システム効率
を最大化することにより、かつ放射源、反射体、および標的を光学的にマッチン
グすることにより得られる。従来技術は、楕円反射体すなわち「軸上（on-axis
）または変形可能な凹球面反射体「軸ずれ」」の使用を教示しているにもかかわ
らず、実際に非球面鏡を使用することは高価となる。本発明のシステムの重要な
利点は、標的での集束可能な線束密度が鏡の面質に関知しない標的において集光
するために非常に安価な非球面鏡およびトロイドを使用することである。
すなわち円環反射体）に沿った異なる曲率半径、電磁放射源、および標的（すな
わち光ファイバ）を有する凹反射体面を一次光素子として用いる。放射源および
標的は、システムの、凹面円環反射体（「軸ずれ反射体」）の光軸として規定さ
れる光軸の反対側に同一距離で配置される。標的での最大線束密度の集束のため
に、好ましくは円環設計、代替的には球形設計の逆反射体は、円環反射体上への
放射源による逆集束放射を反射するために放射源の後ろに配置される。軸ずれ円
環反射体とともに逆反射体は、標的で集束された放射の集束可能な線束密度を最
大にするためのシステムとして作用する。システムは、標的での集束可能な放射
輝度を２つの点において、すなわち（ｉ）反射体の円環設計により、軸ずれ構成
およびアークランプ等の、典型的な電磁放射源のガラスエンベロープにより起因
される非点収差が補正される点と、（ｉｉ）逆反射体により、放射源の有効輝度
が増大する点において、実質的に改良する。システムの最大光学的効率は、反射
体と標的との光学的マッチングにより得られる。一方、標的における最大線束密
度、特に、標的としての光ファイバにより集束可能な線束密度が、システム効率
を最大化することにより、かつ放射源、反射体、および標的を光学的にマッチン
グすることにより得られる。従来技術は、楕円反射体すなわち「軸上（on-axis
）または変形可能な凹球面反射体「軸ずれ」」の使用を教示しているにもかかわ
らず、実際に非球面鏡を使用することは高価となる。本発明のシステムの重要な
利点は、標的での集束可能な線束密度が鏡の面質に関知しない標的において集光
するために非常に安価な非球面鏡およびトロイドを使用することである。
【０００７】
以下の記載において、本発明の全体の理解を与えるために、説明の目的のため
であってそれに限定されない、特定の符号、寸法、光学素子等、詳細な説明が行
われる。しかしながら、当業者には、本発明がそれらの詳細な説明から外れた他
の実施形態において実施されてもよいことが理解されるであろう。他の例におい
て、よく知られている装置および技術の詳細な説明は、不必要な説明により本発
明の説明を曖昧にしないようにするため省略する。
であってそれに限定されない、特定の符号、寸法、光学素子等、詳細な説明が行
われる。しかしながら、当業者には、本発明がそれらの詳細な説明から外れた他
の実施形態において実施されてもよいことが理解されるであろう。他の例におい
て、よく知られている装置および技術の詳細な説明は、不必要な説明により本発
明の説明を曖昧にしないようにするため省略する。
【０００８】 本発明にしたがって構成される集束集光システムは、３つの主な構成要素から
なる（図４）。４つ目の逆反射体は、オプションの構成要素であるが、性能を改
善させる。
なる（図４）。４つ目の逆反射体は、オプションの構成要素であるが、性能を改
善させる。
【０００９】 （１）光源。電磁放射の点光源である。本発明に関して、点光源は、角度範囲
が小さく、線束を４πステラジアンに放出する任意のコンパクト電磁放射源であ
る。典型的に、かかる光源の線形角度サイズは、０．１ラジアンにすぎない。例
えば、代表的な光源は、約５０ｍｍ離れた凹面反射体の前に配置された約１ｍｍ
のアークギャップを有する電気アークランプでありうる。実際に、かかる光源は
、拡張光源である。好適な実施形態において、この光源は、１ｍｍ以下のアーク
ギャップ、および石英ランプエンベロープ、あるいは石英窓を有するセラミック
エンクロージャ（ceramic enclosure）を有するキセノンアークランプである。
しかしながら、標的と同じサイズである、あるいは標的よりも小さい任意の電磁
放射源（例えば、ファイバ、フィラメントランプ、ガス放電ランプ、レーザー、
ＬＥＤ、半導体等）が用いられてもよい。ここで、電磁放射源は、放射源の輝度
（角度範囲にわたる線束密度）を特徴づける強度等高線マップの１／ｅ強度によ
り規定されることがよい。輝度は、アークギャップのサイズに関連し、結合効率
の理論限度を規定する。特定の場合のアークランプでは、等高線は軸対称に接近
しており、電気定格、電極設計および合成、ガス圧力、アークギャップサイズ、
およびガス組成の複合関数である。特定の場合の球形曲面エンベロープを有する
アークランプでは、反射体によって結像された放射源の有効相対位置および強度
分布は、収差を被る。このことは、本質的にレンズとして機能し、かつ補償光学
素子を必要とするエンベロープの形状に起因する。光補償は、エンベロープに起
因する非点収差を補償するための反射体の設計を改変することにより、あるいは
軸ずれ反射体（以下を参照のこと）と標的との間の補正レンズを挿入することに
より、達成しうる。さらに、フレネル反射を最小限にし、それにより標的での集
束可能な放射を最大にするために、あるいは放射束を制御および／またはフィル
タリングするために、光被膜をエンベロープに塗布することができる。
が小さく、線束を４πステラジアンに放出する任意のコンパクト電磁放射源であ
る。典型的に、かかる光源の線形角度サイズは、０．１ラジアンにすぎない。例
えば、代表的な光源は、約５０ｍｍ離れた凹面反射体の前に配置された約１ｍｍ
のアークギャップを有する電気アークランプでありうる。実際に、かかる光源は
、拡張光源である。好適な実施形態において、この光源は、１ｍｍ以下のアーク
ギャップ、および石英ランプエンベロープ、あるいは石英窓を有するセラミック
エンクロージャ（ceramic enclosure）を有するキセノンアークランプである。
しかしながら、標的と同じサイズである、あるいは標的よりも小さい任意の電磁
放射源（例えば、ファイバ、フィラメントランプ、ガス放電ランプ、レーザー、
ＬＥＤ、半導体等）が用いられてもよい。ここで、電磁放射源は、放射源の輝度
（角度範囲にわたる線束密度）を特徴づける強度等高線マップの１／ｅ強度によ
り規定されることがよい。輝度は、アークギャップのサイズに関連し、結合効率
の理論限度を規定する。特定の場合のアークランプでは、等高線は軸対称に接近
しており、電気定格、電極設計および合成、ガス圧力、アークギャップサイズ、
およびガス組成の複合関数である。特定の場合の球形曲面エンベロープを有する
アークランプでは、反射体によって結像された放射源の有効相対位置および強度
分布は、収差を被る。このことは、本質的にレンズとして機能し、かつ補償光学
素子を必要とするエンベロープの形状に起因する。光補償は、エンベロープに起
因する非点収差を補償するための反射体の設計を改変することにより、あるいは
軸ずれ反射体（以下を参照のこと）と標的との間の補正レンズを挿入することに
より、達成しうる。さらに、フレネル反射を最小限にし、それにより標的での集
束可能な放射を最大にするために、あるいは放射束を制御および／またはフィル
タリングするために、光被膜をエンベロープに塗布することができる。
【００１０】 （２）反射体。反射体（軸ずれ）は、放射源から標的上に電磁放射を反射し、
かつ集束することができる。その光軸は、放射源および標的がどちらもそれに対
し軸ずれとなる、システムのＺ軸を画定する。本発明に関して、反射体は、放射
源に対して凹面である円環反射体の一部であり、反射体の正確な設計と配置は、
放射源および標的の特性によって決まる。本発明の好適な実施形態において、そ
の正確な設計は、放射源および標的の特性によって決まる。それらの特性は以下
の通りである。すなわち、標的については、（ｉ）サイズ、（ｉｉ）形状、（ｉ
ｉｉ）軸ずれ変位（以下を参照のこと）、および（ｉｖ）光ファイバ標的に関す
る、開口数、直径、およびファイバの横軸と縦軸との間の角度として画定される
、軸ずれ反射体に対し近接端の角度、であり、放射源については、（ｉ）サイズ
および輝度、（ｉｉ）有効開口数、（ｉｉｉ）放射源エンベロープに起因する、
あるいは、もしあれば、エンクロージャにより起因する非点収差、である。反射
を高めるために、あるいは放射束を制御および／またはフィルタリングするため
に、光被膜を反射体の表面に塗布することができる。光被膜あるいは誘電被膜の
有無にかかわらず、反射体および標的間に挿入された傾斜板またはレンズを用い
て、付加的な非点収差補正を達成することができる。
かつ集束することができる。その光軸は、放射源および標的がどちらもそれに対
し軸ずれとなる、システムのＺ軸を画定する。本発明に関して、反射体は、放射
源に対して凹面である円環反射体の一部であり、反射体の正確な設計と配置は、
放射源および標的の特性によって決まる。本発明の好適な実施形態において、そ
の正確な設計は、放射源および標的の特性によって決まる。それらの特性は以下
の通りである。すなわち、標的については、（ｉ）サイズ、（ｉｉ）形状、（ｉ
ｉｉ）軸ずれ変位（以下を参照のこと）、および（ｉｖ）光ファイバ標的に関す
る、開口数、直径、およびファイバの横軸と縦軸との間の角度として画定される
、軸ずれ反射体に対し近接端の角度、であり、放射源については、（ｉ）サイズ
および輝度、（ｉｉ）有効開口数、（ｉｉｉ）放射源エンベロープに起因する、
あるいは、もしあれば、エンクロージャにより起因する非点収差、である。反射
を高めるために、あるいは放射束を制御および／またはフィルタリングするため
に、光被膜を反射体の表面に塗布することができる。光被膜あるいは誘電被膜の
有無にかかわらず、反射体および標的間に挿入された傾斜板またはレンズを用い
て、付加的な非点収差補正を達成することができる。
【００１１】 （３）標的。標的は、可能なかぎり最大線束密度の電磁放射を用いて放射され
るか、あるいは照射される必要のある小さな物体である。本発明の好適な実施形
態において、標的は、１ｍｍあるいはそれよりも小さい直径を有する単一の光フ
ァイバである。光ファイバ、直径、および開口数の特性は、放射源および反射体
からなるシステムの光学的特性に合致していなければならない。収束および透過
の効率を、ファイバの入力端に光学的特性を付加することにより、高めることが
できる、あるいは制御することができる。代替的に、標的は、単一の光ファイバ
、あるいは、同様または異なる形状、サイズ、素材および開口数を有し、対称的
あるいは非対称的に配置される一群の光ファイバであってもよい。ファイバの端
部（複数の場合もある）は、典型的には、平坦研磨されており、ファイバの縦軸
（複数の場合もある）に対して垂直である。しかしながら、反射体に近接した端
部は、所定の角度で、（ｉ）アークランプ等の電磁放射源の非対称な像、および
軸ずれ構成とランプエンベロープとによりもたらされる非点収差のどちらについ
ても補償するために、（ｉｉ）光集束システムに対して相対的なファイバの開口
数を変更するために、（ｉｉｉ）システムの光軸に対し、光ファイバ標的の近接
端の縦軸の相対角を調節するために、研磨されうる。
るか、あるいは照射される必要のある小さな物体である。本発明の好適な実施形
態において、標的は、１ｍｍあるいはそれよりも小さい直径を有する単一の光フ
ァイバである。光ファイバ、直径、および開口数の特性は、放射源および反射体
からなるシステムの光学的特性に合致していなければならない。収束および透過
の効率を、ファイバの入力端に光学的特性を付加することにより、高めることが
できる、あるいは制御することができる。代替的に、標的は、単一の光ファイバ
、あるいは、同様または異なる形状、サイズ、素材および開口数を有し、対称的
あるいは非対称的に配置される一群の光ファイバであってもよい。ファイバの端
部（複数の場合もある）は、典型的には、平坦研磨されており、ファイバの縦軸
（複数の場合もある）に対して垂直である。しかしながら、反射体に近接した端
部は、所定の角度で、（ｉ）アークランプ等の電磁放射源の非対称な像、および
軸ずれ構成とランプエンベロープとによりもたらされる非点収差のどちらについ
ても補償するために、（ｉｉ）光集束システムに対して相対的なファイバの開口
数を変更するために、（ｉｉｉ）システムの光軸に対し、光ファイバ標的の近接
端の縦軸の相対角を調節するために、研磨されうる。
【００１２】 （４）逆反射体。逆反射体は、放射源により放射され、放射源に戻る放射を反
射し再集束し、もとの放射源上に放射の反転された強度分布をオーバーレイする
ことによって、放射源の輝度を効果的に増大させる。本発明の好適な実施形態に
おいて、逆反射体は、放射源に対して凹面である円環反射体の一部である。別の
実施形態において、逆反射体は、球面反射体の一部である。その正確な設計は、
標的のサイズに対する放射源のサイズおよび形状（および光ファイバ標的の場合
には開口数）、および、もしある場合には、放射源エンベロープによって必要と
される非球面補正によって決まる。さらに、反射率を高めるために、あるいは減
衰放射束を制御および／またはフィルタリングするために、光被膜を逆反射体の
表面に塗布することができる。
射し再集束し、もとの放射源上に放射の反転された強度分布をオーバーレイする
ことによって、放射源の輝度を効果的に増大させる。本発明の好適な実施形態に
おいて、逆反射体は、放射源に対して凹面である円環反射体の一部である。別の
実施形態において、逆反射体は、球面反射体の一部である。その正確な設計は、
標的のサイズに対する放射源のサイズおよび形状（および光ファイバ標的の場合
には開口数）、および、もしある場合には、放射源エンベロープによって必要と
される非球面補正によって決まる。さらに、反射率を高めるために、あるいは減
衰放射束を制御および／またはフィルタリングするために、光被膜を逆反射体の
表面に塗布することができる。
【００１３】 図４ａおよび図４ｂは、本発明による理想化された集束システムを示している
。システムの光軸Ｏの対向する側には、円環反射体Ｍ1（軸ずれ反射体）の曲率
中心および光軸によって画定された、それぞれ光軸から距離ｙ0離れて配置され
た放射源Ｓ0および標的Ｔがある。（円環反射体の光軸は、曲率半径の垂直交差
点に対する法線として画定される。）逆反射体Ｍ2は、また、その曲率半径にほ
ぼ等しい距離における放射源を備える放射源Ｓ0の後ろに配置される。好適な実
施形態は、放射束密度の最大集束のためにこの逆反射体を備えるが、標的におい
て放射を集束するためには必要不可欠ではない。
。システムの光軸Ｏの対向する側には、円環反射体Ｍ1（軸ずれ反射体）の曲率
中心および光軸によって画定された、それぞれ光軸から距離ｙ0離れて配置され
た放射源Ｓ0および標的Ｔがある。（円環反射体の光軸は、曲率半径の垂直交差
点に対する法線として画定される。）逆反射体Ｍ2は、また、その曲率半径にほ
ぼ等しい距離における放射源を備える放射源Ｓ0の後ろに配置される。好適な実
施形態は、放射束密度の最大集束のためにこの逆反射体を備えるが、標的におい
て放射を集束するためには必要不可欠ではない。
【００１４】 図４に示されるように、軸ずれ変位ｙ0は、放射源Ｓ0および標的Ｔに対し等し
い。本発明を実施するための変形形態（reduction）において、放射源の軸ずれ
変位は、標的の軸ずれ変位とは異なっていてもよい。標的の軸ずれ変位に関して
、システムの有効光軸は、標的と放射源との間にあり、反射体の光軸とは異なっ
ていてもよい。この場合の有効システム光軸の正確な位置は、標的の開口数およ
び反射体の有効開口数によって決まる。軸ずれ反射体の光軸がシステム光軸の正
確な性状（description）ではない場合、システムの有効光軸は、反射体の有効
開口数および標的の開口数に対する放射源の開口数の適切な合致により決定され
る。標的の許容角度内で実際に光を集束するために用いられる反射体のその部分
が、図４における全開口よりも小さい場合には、反射体の有効開口数は、論理開
口数とは異なることになる。標的の開口数が軸ずれ反射体の開口数よりも小さい
システムの場合には、反射体の有効開口数は、その理論開口数よりも小さくなる
。
い。本発明を実施するための変形形態（reduction）において、放射源の軸ずれ
変位は、標的の軸ずれ変位とは異なっていてもよい。標的の軸ずれ変位に関して
、システムの有効光軸は、標的と放射源との間にあり、反射体の光軸とは異なっ
ていてもよい。この場合の有効システム光軸の正確な位置は、標的の開口数およ
び反射体の有効開口数によって決まる。軸ずれ反射体の光軸がシステム光軸の正
確な性状（description）ではない場合、システムの有効光軸は、反射体の有効
開口数および標的の開口数に対する放射源の開口数の適切な合致により決定され
る。標的の許容角度内で実際に光を集束するために用いられる反射体のその部分
が、図４における全開口よりも小さい場合には、反射体の有効開口数は、論理開
口数とは異なることになる。標的の開口数が軸ずれ反射体の開口数よりも小さい
システムの場合には、反射体の有効開口数は、その理論開口数よりも小さくなる
。
【００１５】 図４ａおよび図４ｂに示されるシステム構成は、比較のために示される図３ａ
および図３ｂの、米国特許第４，７５７，４３１において開示されるシステム構
成と全く同様である。その特許において説明されるように、球面反射体の使用は
、軸ずれ反射体の曲率半径（ｒ）により除算された軸ずれ距離の二乗（ｙ0 2）が
放射源（Ｓ0）の範囲よりも小さいという制限を与える。以下に記載するように
、この制限は、本発明のエンハンスメントにより緩和される。
および図３ｂの、米国特許第４，７５７，４３１において開示されるシステム構
成と全く同様である。その特許において説明されるように、球面反射体の使用は
、軸ずれ反射体の曲率半径（ｒ）により除算された軸ずれ距離の二乗（ｙ0 2）が
放射源（Ｓ0）の範囲よりも小さいという制限を与える。以下に記載するように
、この制限は、本発明のエンハンスメントにより緩和される。
【００１６】 上記に引用した特許は、（ｉ）凹球面鏡に対する放射源は、（ｙ0 2）／ｒがＳ 0 よりも小さくなるように、ｚ軸に沿った、鏡の曲率半径に等しい距離、および
軸ずれの距離ｙ0離れて配置されるものとすること、および（ｉｉ）したがって
、標的についての最適な位置は、最小錯乱円として画定された像点であること、
を教示しており、さらに、米国特許第４，７５７，４３１において定義されるよ
うに、分析により、この位置における標的の位置決めは、必ずしも最適ではない
ことを明らかにしている。その正確な位置は、放射源の特性、反射体の特性およ
び／または放射源と反射体との間に配置された透過レンズの特性によって決まる
。その正確な位置はまた、標的によって、特に光ファイバの場合には、その形状
、サイズ、開口数（ＮＡ）、および軸ずれ反射体に対して近接の端部にある光軸
に対する横断角によって決まる。したがって、本発明は、標的において放射の集
束を増大させ高める光学システムである。光学システムはまた、標的の照射の度
合いも増大させ高める。標的として、マルチモード光ファイバを用いる場合には
、ファイバは、透過された放射束を任意に選んでスクランブルすることにより光
学収差をなくすアクティブエレメントとして、および光学記憶装置として作用し
てもよい。さらに、図５は本発明の一実施形態の座標システムを示している。
軸ずれの距離ｙ0離れて配置されるものとすること、および（ｉｉ）したがって
、標的についての最適な位置は、最小錯乱円として画定された像点であること、
を教示しており、さらに、米国特許第４，７５７，４３１において定義されるよ
うに、分析により、この位置における標的の位置決めは、必ずしも最適ではない
ことを明らかにしている。その正確な位置は、放射源の特性、反射体の特性およ
び／または放射源と反射体との間に配置された透過レンズの特性によって決まる
。その正確な位置はまた、標的によって、特に光ファイバの場合には、その形状
、サイズ、開口数（ＮＡ）、および軸ずれ反射体に対して近接の端部にある光軸
に対する横断角によって決まる。したがって、本発明は、標的において放射の集
束を増大させ高める光学システムである。光学システムはまた、標的の照射の度
合いも増大させ高める。標的として、マルチモード光ファイバを用いる場合には
、ファイバは、透過された放射束を任意に選んでスクランブルすることにより光
学収差をなくすアクティブエレメントとして、および光学記憶装置として作用し
てもよい。さらに、図５は本発明の一実施形態の座標システムを示している。
【００１７】 本発明の光学システムは、放射源、標的、および光素子における多くの変形形
態を用いて構成することができ、所与の標的について最大集束可能な線束の位置
は、システムの特定のセット構成要素について最大線束密度の位置として画定さ
れ、最大の、全線束密度、全線束、あるいは像点（錯乱円）の位置と一致してい
ても一致していなくともよい。像点に配置された標的について、本発明は、従来
の技術により達成可能である光結像システムと比較すると増大されている放射束
密度の光結像システムを提供する。しかしながら、本システムは、最大理論集束
効率を提供するよう最適化されなくともよい。本発明における標的の配置につい
ての最適な位置は標的の特性によって決まり、以下に分類することができる。
態を用いて構成することができ、所与の標的について最大集束可能な線束の位置
は、システムの特定のセット構成要素について最大線束密度の位置として画定さ
れ、最大の、全線束密度、全線束、あるいは像点（錯乱円）の位置と一致してい
ても一致していなくともよい。像点に配置された標的について、本発明は、従来
の技術により達成可能である光結像システムと比較すると増大されている放射束
密度の光結像システムを提供する。しかしながら、本システムは、最大理論集束
効率を提供するよう最適化されなくともよい。本発明における標的の配置につい
ての最適な位置は標的の特性によって決まり、以下に分類することができる。
【００１８】 ケース１：像点（錯乱円）に配置される標的が、放射源のサイズと同じサイズ
であるか、または放射源のサイズよりも大きい標的の場合、システムは、ほぼ一
定の倍率（unit magnification）を有する。この場合のシステムは、光ファイバ
標的が軸ずれ鏡の開口数に等しい開口数を有する場合か、あるいは軸ずれ鏡の開
口数よりも大きい開口数を有する場合には、通常、最適化される。
であるか、または放射源のサイズよりも大きい標的の場合、システムは、ほぼ一
定の倍率（unit magnification）を有する。この場合のシステムは、光ファイバ
標的が軸ずれ鏡の開口数に等しい開口数を有する場合か、あるいは軸ずれ鏡の開
口数よりも大きい開口数を有する場合には、通常、最適化される。
【００１９】 ケース２：放射源よりも小さい標的の場合、あるいはケース１の軸ずれ鏡の開
口数よりも小さい開口数を有する光ファイバ標的の場合、所与の放射源について
特定のトロイドと、ケース１とは異なっていてもよい標的に対する集束可能な線
束密度を最適化する標的とが存在する。したがって、ケース２により記載された
標的の場合には、所与の放射源について対応する最適化されたトロイドが存在す
る。合致していないサイズの放射源および標的のこれらのシステムは、特に、最
適化された軸ずれ円環反射体を有し、ケース１のようにほぼ一定に等しい倍率で
結像し、標的は像点に配置される。
口数よりも小さい開口数を有する光ファイバ標的の場合、所与の放射源について
特定のトロイドと、ケース１とは異なっていてもよい標的に対する集束可能な線
束密度を最適化する標的とが存在する。したがって、ケース２により記載された
標的の場合には、所与の放射源について対応する最適化されたトロイドが存在す
る。合致していないサイズの放射源および標的のこれらのシステムは、特に、最
適化された軸ずれ円環反射体を有し、ケース１のようにほぼ一定に等しい倍率で
結像し、標的は像点に配置される。
【００２０】 ケース３：所与の放射源、および特定化された特性（例えば、ケース１および
ケース２において説明された、光ファイバ標的についての直径、形状、開口数）
を持つ標的について最適化された円環反射体を含む実用システムの場合には、最
適化された標的のサイズあるいは開口数とは異なるサイズあるいは開口数を有す
る標的を用いる、かかる最適化されたシステムの使用により、放射源に対する標
的および反射体の、異なる位置決めが必要となる場合がある。ケース３では、シ
ステムは、通常、円環反射体がＺ軸に沿って移され、かつ放射源に対し所定の距
離に配置される一定の倍率からそれて、標的の許容角度内での最大線束密度を集
束する反射体面のその部分の位置決めを最適化する。ケース１およびケース２に
関して、標的の位置は実質的に異なり、反射体の有効開口数は、標的の有効開口
数に合致する。システムの有効光軸は、図４の理想化された構成とは異なってい
てもよい。
ケース２において説明された、光ファイバ標的についての直径、形状、開口数）
を持つ標的について最適化された円環反射体を含む実用システムの場合には、最
適化された標的のサイズあるいは開口数とは異なるサイズあるいは開口数を有す
る標的を用いる、かかる最適化されたシステムの使用により、放射源に対する標
的および反射体の、異なる位置決めが必要となる場合がある。ケース３では、シ
ステムは、通常、円環反射体がＺ軸に沿って移され、かつ放射源に対し所定の距
離に配置される一定の倍率からそれて、標的の許容角度内での最大線束密度を集
束する反射体面のその部分の位置決めを最適化する。ケース１およびケース２に
関して、標的の位置は実質的に異なり、反射体の有効開口数は、標的の有効開口
数に合致する。システムの有効光軸は、図４の理想化された構成とは異なってい
てもよい。
【００２１】 ケース３により特徴づけられるシステムにおいて、放射源の特性によって決ま
る所与の標的について同様の集束可能な線束密度を有する点の軌跡が存在する。
アーク源および他の同様な拡張源の場合には、光ファイバ標的により集束可能な
強度等高線のその部分が、標的のサイズを用いて、また、標的および軸ずれ鏡の
双方の開口数を用いて変更する。したがって、実際に標的に対して結像されたか
、あるいは集束されたその部分が変更する。小さな標的の場合には、標的に対し
同じ集束可能な線束密度をもたらし、標的が同様な集束可能な線束密度を達成す
る点の軌跡に配置されることを可能にする、一部分以上の強度等高線が存在しう
る。したがって、ケース３の場合には、システムは、放射源からの標的に対する
線束密度を結像するのではなく、集束するものとされる。所与の標的について同
様な線束密度の点の軌跡が存在するこのような場合には、標的のサイズは放射源
のサイズよりも常に小さく、放射源は、その公称のサイズにわたって変更する強
度等高線を有する。
る所与の標的について同様の集束可能な線束密度を有する点の軌跡が存在する。
アーク源および他の同様な拡張源の場合には、光ファイバ標的により集束可能な
強度等高線のその部分が、標的のサイズを用いて、また、標的および軸ずれ鏡の
双方の開口数を用いて変更する。したがって、実際に標的に対して結像されたか
、あるいは集束されたその部分が変更する。小さな標的の場合には、標的に対し
同じ集束可能な線束密度をもたらし、標的が同様な集束可能な線束密度を達成す
る点の軌跡に配置されることを可能にする、一部分以上の強度等高線が存在しう
る。したがって、ケース３の場合には、システムは、放射源からの標的に対する
線束密度を結像するのではなく、集束するものとされる。所与の標的について同
様な線束密度の点の軌跡が存在するこのような場合には、標的のサイズは放射源
のサイズよりも常に小さく、放射源は、その公称のサイズにわたって変更する強
度等高線を有する。
【００２２】 本発明において、および米国特許第４，７５７，４３１号において、標的の焦
点、像点、あるいは位置における放射源の放射束の劣化は、第１に、軸ずれ構成
によりｙ方向にもたらされた非点収差に起因する。第２に、アークランプ等のガ
ラスエンベロープを含む放射源の場合には、非点収差は、ガラスエンベロープ自
体の非球面形状に起因する。米国特許第４，７５７，４３１号における球面反射
体の欠陥は、ｙ−ｚ平面上への光線の投射が、ｘ−ｚ平面上への投射が収束する
よりも反射体の近くに収束するということである。本発明は、ｙ軸に沿った、よ
り長い曲率半径を有し、かつｘ軸に沿った、より短い曲率半径を有する円環面に
代替するという点で、この特許の教示を凌ぐ。半径における差異は、ｘ−ｚ平面
における光線の収束と合致するよう変位されるべきｙ−ｚ平面における光線の収
束を生じさせる。この代替法は、全システムの非点収差を低減させることにより
焦点のサイズを低減させ、それにより光学システムの集束力を増大させ、標的に
おいて集束可能な放射束を高める。最小錯乱円に配置された、標的の特定の場合
には、円環反射体は、像のサイズを実質的に低減する。例えば、公称１ｍｍのア
ークギャップを有するキセノンアークランプからと、それぞれ同じ開口数および
有効半径を有する球面反射体および円環反射体からとの、直径１ｍｍの光ファイ
バにより集束させられた最大達成可能な線束の比較により、円環反射体が４０％
よりも多くの最大集束可能な線束を増大できることが示された。
点、像点、あるいは位置における放射源の放射束の劣化は、第１に、軸ずれ構成
によりｙ方向にもたらされた非点収差に起因する。第２に、アークランプ等のガ
ラスエンベロープを含む放射源の場合には、非点収差は、ガラスエンベロープ自
体の非球面形状に起因する。米国特許第４，７５７，４３１号における球面反射
体の欠陥は、ｙ−ｚ平面上への光線の投射が、ｘ−ｚ平面上への投射が収束する
よりも反射体の近くに収束するということである。本発明は、ｙ軸に沿った、よ
り長い曲率半径を有し、かつｘ軸に沿った、より短い曲率半径を有する円環面に
代替するという点で、この特許の教示を凌ぐ。半径における差異は、ｘ−ｚ平面
における光線の収束と合致するよう変位されるべきｙ−ｚ平面における光線の収
束を生じさせる。この代替法は、全システムの非点収差を低減させることにより
焦点のサイズを低減させ、それにより光学システムの集束力を増大させ、標的に
おいて集束可能な放射束を高める。最小錯乱円に配置された、標的の特定の場合
には、円環反射体は、像のサイズを実質的に低減する。例えば、公称１ｍｍのア
ークギャップを有するキセノンアークランプからと、それぞれ同じ開口数および
有効半径を有する球面反射体および円環反射体からとの、直径１ｍｍの光ファイ
バにより集束させられた最大達成可能な線束の比較により、円環反射体が４０％
よりも多くの最大集束可能な線束を増大できることが示された。
【００２３】 球面反射体を凌ぐ円環反射体の別の利点は、理想的でない点光源（例えば、非
球面ガラスエンベロープを有する拡張源）が用いられる場合、軸ずれ構成での収
差の低減および補償におけるその適合性である。ｚ軸を中心に円環反射体を回転
させることにより、これらの収差のいずれも補償することが可能となり、それに
より、光学システムにおける、製造時での構成要素の公差における実際的な変形
を調整することが可能となる。この回転により、ｘ−ｚ平面およびｙ−ｚ平面に
沿った曲率半径により画定された有効集束長を調整し、それにより、最大範囲で
、放射束密度を集束する。したがって、円環反射体の回転は、システムでの特定
の収差を補償するために曲率半径を調整することによって、標的に対する線束密
度を最適化する。
球面ガラスエンベロープを有する拡張源）が用いられる場合、軸ずれ構成での収
差の低減および補償におけるその適合性である。ｚ軸を中心に円環反射体を回転
させることにより、これらの収差のいずれも補償することが可能となり、それに
より、光学システムにおける、製造時での構成要素の公差における実際的な変形
を調整することが可能となる。この回転により、ｘ−ｚ平面およびｙ−ｚ平面に
沿った曲率半径により画定された有効集束長を調整し、それにより、最大範囲で
、放射束密度を集束する。したがって、円環反射体の回転は、システムでの特定
の収差を補償するために曲率半径を調整することによって、標的に対する線束密
度を最適化する。
【００２４】 上記の特許に関する本発明の実際的な改良は、変形サイズの標的のために、法
的において線束密度を最適化できることである。放射源と同様の寸法の大きな標
的は、米国特許第４，７５７，４３１号に定義されるように、最大線束のために
、最小錯乱円に、または最小錯乱円の近くに配置されるが、小さな標的は、その
ような配置にせずともよい。例えば、光ファイバ標的に対して最大エネルギーを
集束するために用いられる円環反射体（ｒ1x＝５０ｍｍ、ｒ1y＝５１．９ｍｍ）
の特別な場合には、ファイバの位置における実質的な違いは、ファイバの直径お
よび開口数によって決まる。ファイバの直径（１ｍｍ）が放射源のサイズと同じ
サイズであり、その開口数が反射体のサイズと一致する場合、ファイバは、米国
特許第４，７５７，４３１号の教示により定義された最小錯乱円の近くに配置さ
れ、一方、開口数が実質的に小さい場合には、最大集束可能な線束密度のための
その位置は、０．５ｍｍだけ変動しうる。それぞれ、放射源のサイズと同じ直径
を有するが、概ね係数２による開口数において異なる２つのファイバに関して、
最大輝度の像点は、反射体の開口数と放射源の輝度との双方に対する標的におけ
る開口数について最適化されなければならない線束密度の角度分布によって決ま
るため、線束密度が最大化されたそれぞれの位置は、１．５ｍｍだけ異なる。フ
ァイバのサイズあるいは放射源のサイズに対する位置の５０μよりも小さい小差
は、標的により透過された集束可能な線束密度において測定可能な差ではなく、
大きな転置（dislocation）が測定可能な衝撃（impact）を有することは明らか
である。所与の標的について最大集束可能な線束密度の位置を探すために、軸ず
れ円環鏡の調整が必要となる。したがって、非整合（unmatched）光学システム
、標的、および反射体の場合には、標的の位置決めは、所与の放射源についての
整合光学システムの標的の位置決めとは異なっていてもよい。
的において線束密度を最適化できることである。放射源と同様の寸法の大きな標
的は、米国特許第４，７５７，４３１号に定義されるように、最大線束のために
、最小錯乱円に、または最小錯乱円の近くに配置されるが、小さな標的は、その
ような配置にせずともよい。例えば、光ファイバ標的に対して最大エネルギーを
集束するために用いられる円環反射体（ｒ1x＝５０ｍｍ、ｒ1y＝５１．９ｍｍ）
の特別な場合には、ファイバの位置における実質的な違いは、ファイバの直径お
よび開口数によって決まる。ファイバの直径（１ｍｍ）が放射源のサイズと同じ
サイズであり、その開口数が反射体のサイズと一致する場合、ファイバは、米国
特許第４，７５７，４３１号の教示により定義された最小錯乱円の近くに配置さ
れ、一方、開口数が実質的に小さい場合には、最大集束可能な線束密度のための
その位置は、０．５ｍｍだけ変動しうる。それぞれ、放射源のサイズと同じ直径
を有するが、概ね係数２による開口数において異なる２つのファイバに関して、
最大輝度の像点は、反射体の開口数と放射源の輝度との双方に対する標的におけ
る開口数について最適化されなければならない線束密度の角度分布によって決ま
るため、線束密度が最大化されたそれぞれの位置は、１．５ｍｍだけ異なる。フ
ァイバのサイズあるいは放射源のサイズに対する位置の５０μよりも小さい小差
は、標的により透過された集束可能な線束密度において測定可能な差ではなく、
大きな転置（dislocation）が測定可能な衝撃（impact）を有することは明らか
である。所与の標的について最大集束可能な線束密度の位置を探すために、軸ず
れ円環鏡の調整が必要となる。したがって、非整合（unmatched）光学システム
、標的、および反射体の場合には、標的の位置決めは、所与の放射源についての
整合光学システムの標的の位置決めとは異なっていてもよい。
【００２５】 米国特許第４，７５７，４３１号では、集束システムが開口数から独立してい
る（independent）ことを教示している。本発明の軸ずれ集束システムは、光フ
ァイバ標的（複数の場合もある）および軸ずれ反射体（複数の場合もある）の開
口数が最大集束可能な線束密度を達成するために整合されるか、あるいは最適化
されることを必要とする。非整合システムでは、反射体は、ファイバ標的により
最大集束可能な線束密度を達成するために、標的の開口数よりも大きい開口数を
有さなければならない。放射放出源の場合には、高開口数標的および反射体は、
最大光学効率および集束効率、それにより起こる標的における線束密度の最大集
束をもたらす。最適化されたシステムは、放射源の特性と、軸ずれ反射体および
標的の特性との一致をともなう。このことは、放射源としてのアークランプまた
はガス放電ランプの場合の、システムの光学的特性に対する輝度の一致、すなわ
ち放射源の角度範囲にわたる強度等高線も含む。軸ずれ反射体および標的を説明
する所与のセットの特性には、標的に対し最大限に結合できる最大輝度の放射源
をもたらす最適なアークサイズおよび有効開口数がある。
る（independent）ことを教示している。本発明の軸ずれ集束システムは、光フ
ァイバ標的（複数の場合もある）および軸ずれ反射体（複数の場合もある）の開
口数が最大集束可能な線束密度を達成するために整合されるか、あるいは最適化
されることを必要とする。非整合システムでは、反射体は、ファイバ標的により
最大集束可能な線束密度を達成するために、標的の開口数よりも大きい開口数を
有さなければならない。放射放出源の場合には、高開口数標的および反射体は、
最大光学効率および集束効率、それにより起こる標的における線束密度の最大集
束をもたらす。最適化されたシステムは、放射源の特性と、軸ずれ反射体および
標的の特性との一致をともなう。このことは、放射源としてのアークランプまた
はガス放電ランプの場合の、システムの光学的特性に対する輝度の一致、すなわ
ち放射源の角度範囲にわたる強度等高線も含む。軸ずれ反射体および標的を説明
する所与のセットの特性には、標的に対し最大限に結合できる最大輝度の放射源
をもたらす最適なアークサイズおよび有効開口数がある。
【００２６】 図４に示される本発明の理想的な実施形態において、放射源（Ｓ0）および標
的（Ｔ）は、等しい距離の焦点に、およびシステムの光軸として画定された円環
反射体Ｍ1の光軸の反対側上に配置される。ｙ−ｚ平面は、放射源、標的、およ
び光軸を含むものとされる。放射源としてのアークランプの特定の場合には（図
５）、ｘ軸は、アークギャップの電極により画定された、放射源の縦軸に平行で
あるものとされる。光軸を含むｙ−ｚ平面は、アークおよび光ファイバ標的を含
む平面と一致していても一致していなくともよい。場合によっては、望ましくは
、β≠Ｏあるいはγ≠Ｏ、またはその両方を有し、完全値は、アーク、反射体、
オプション透過レンズ（複数の場合もある）、および光ファイバの特性によって
決まる。実際に、集束可能な線束密度およびシステム効率は、アークランプ源と
ファイバ特性との光学的一致を達成するために、あるいはｙ−ｚ平面よりも上に
またはｙ−ｚ平面よりも下に標的を配置するために、光軸の平面をβ≒５゜およ
び／またはγ≒５゜傾斜することによって、５〜１０％増加されてもよい。
的（Ｔ）は、等しい距離の焦点に、およびシステムの光軸として画定された円環
反射体Ｍ1の光軸の反対側上に配置される。ｙ−ｚ平面は、放射源、標的、およ
び光軸を含むものとされる。放射源としてのアークランプの特定の場合には（図
５）、ｘ軸は、アークギャップの電極により画定された、放射源の縦軸に平行で
あるものとされる。光軸を含むｙ−ｚ平面は、アークおよび光ファイバ標的を含
む平面と一致していても一致していなくともよい。場合によっては、望ましくは
、β≠Ｏあるいはγ≠Ｏ、またはその両方を有し、完全値は、アーク、反射体、
オプション透過レンズ（複数の場合もある）、および光ファイバの特性によって
決まる。実際に、集束可能な線束密度およびシステム効率は、アークランプ源と
ファイバ特性との光学的一致を達成するために、あるいはｙ−ｚ平面よりも上に
またはｙ−ｚ平面よりも下に標的を配置するために、光軸の平面をβ≒５゜およ
び／またはγ≒５゜傾斜することによって、５〜１０％増加されてもよい。
【００２７】 実施するための本発明のより理想に近い変形形態では、放射源に含まれるエン
クロージャと同じエンクロージャにおける軸ずれ鏡および逆反射体を収容する、
電気アークランプ等の放射源の構成が必要とされる。光ファイバ標的は、エンク
ロージャに対し内側あるいは外側に配置されてもよい。内側にある場合、ファイ
バは、放射源、軸ずれ鏡、および逆反射体の完全遮蔽されたアセンブリの一部分
として恒久的に取り付けられる。外側にある場合、光ファイバ標的の最適位置近
くに置かれた窓（図８）、あるいは光ファイバ結合機構を用いて、光ファイバ標
的に集束像を結合する。かかる装置のパフォーマンスは、軸ずれ鏡が円環である
か、あるいは球面であるかによって、および構成により軸ずれを変位する程度に
よって決まる。軸ずれ変位が最小化される場合には、球面および円環反射体のパ
フォーマンスは、同様である。この構造により、短絡アークランプに関連づけら
れる非球面のガラスエンベロープに固有の収差がなくなり、したがって、球面の
軸上逆反射体は、円環設計と同じように機能する。セラミックエンクロージャお
よび窓を用いて構成されるアークランプ等、非球面のガラスエンベロープを用い
ずに構成されるアークランプは、エンベロープ誘導収差を回避することができ、
単一のエンクロージャにおける放射源および光を閉じ込めることなく、理想に近
い状態をシミュレートすることができる。
クロージャと同じエンクロージャにおける軸ずれ鏡および逆反射体を収容する、
電気アークランプ等の放射源の構成が必要とされる。光ファイバ標的は、エンク
ロージャに対し内側あるいは外側に配置されてもよい。内側にある場合、ファイ
バは、放射源、軸ずれ鏡、および逆反射体の完全遮蔽されたアセンブリの一部分
として恒久的に取り付けられる。外側にある場合、光ファイバ標的の最適位置近
くに置かれた窓（図８）、あるいは光ファイバ結合機構を用いて、光ファイバ標
的に集束像を結合する。かかる装置のパフォーマンスは、軸ずれ鏡が円環である
か、あるいは球面であるかによって、および構成により軸ずれを変位する程度に
よって決まる。軸ずれ変位が最小化される場合には、球面および円環反射体のパ
フォーマンスは、同様である。この構造により、短絡アークランプに関連づけら
れる非球面のガラスエンベロープに固有の収差がなくなり、したがって、球面の
軸上逆反射体は、円環設計と同じように機能する。セラミックエンクロージャお
よび窓を用いて構成されるアークランプ等、非球面のガラスエンベロープを用い
ずに構成されるアークランプは、エンベロープ誘導収差を回避することができ、
単一のエンクロージャにおける放射源および光を閉じ込めることなく、理想に近
い状態をシミュレートすることができる。
【００２８】 米国特許第４，７５７，４３１号では、ｙ0 2／ｒがＳ0よりも小さいという制
限を与える球面反射体の使用を教示している。この制限により、実際に、エンベ
ロープに隣接している最小限の軸ずれ距離に標的が配置されることを要求するこ
とでシステムの物理的設計を制限する。反対に、円環反射体の半径（ｒ1xおよび
ｒ1y）は、ｙ0 2／ｒの値上のこの制限を大幅に緩和するように選択される。これ
により、放射源／放射源エンベロープおよび標的間の付加スペースが可能となる
。付加スペースにより、エンベロープによる焦点の潜在的な障害をなくし、光素
子（例えば、フィルタ、補償傾斜板、レンズ等）、あるいは機構素子（例えば、
シャッター、アイリス等）の配置が、標的上に入射する線束密度を減衰し、制御
しおよび／またはフィルタリングすることができるようにする。上記の特許の好
適な実施形態において、ｒ≒５０ｍｍおよびＳ0≒１ｍｍの球面反射体を有する
最大集束可能な線束を達成するには、ｙ0は、約７ｍｍ以下に制限される。最大
のエンベロープ直径は、ｙ0 2／ｒがＳ0よりも小さいことと、および軸ずれ距離
が最小であることとの制限に一致している４ｙ0であるので、米国特許第４，７
５７，４３１号により必要とされるランプエンベロープの最大直径は、２８ｍｍ
である。実際的に、これにより光ファイバはエンベロープに隣接して配置される
。ｒ1x＝５０ｍｍおよびｒ1y＝５１．９ｍｍの円環反射体を代用すると、１ｍｍ
の光ファイバについての最適化された位置は、ｙ0＝１０ｍｍであり、光ファイ
バ標的に対する全集束されたエネルギーは、米国特許第４，７５７，４３１号に
より教示された、同じ直径５０ｍｍの球面反射体から達成可能な集束されたエネ
ルギーよりも４０％大きい。したがって、本発明は、曲率半径により除算された
軸ずれ距離の二乗が電磁放射源の範囲（ｙ0 2／ｒ≦Ｓ0）と等しいか、またはそ
れよりも小さい装置に関する。
限を与える球面反射体の使用を教示している。この制限により、実際に、エンベ
ロープに隣接している最小限の軸ずれ距離に標的が配置されることを要求するこ
とでシステムの物理的設計を制限する。反対に、円環反射体の半径（ｒ1xおよび
ｒ1y）は、ｙ0 2／ｒの値上のこの制限を大幅に緩和するように選択される。これ
により、放射源／放射源エンベロープおよび標的間の付加スペースが可能となる
。付加スペースにより、エンベロープによる焦点の潜在的な障害をなくし、光素
子（例えば、フィルタ、補償傾斜板、レンズ等）、あるいは機構素子（例えば、
シャッター、アイリス等）の配置が、標的上に入射する線束密度を減衰し、制御
しおよび／またはフィルタリングすることができるようにする。上記の特許の好
適な実施形態において、ｒ≒５０ｍｍおよびＳ0≒１ｍｍの球面反射体を有する
最大集束可能な線束を達成するには、ｙ0は、約７ｍｍ以下に制限される。最大
のエンベロープ直径は、ｙ0 2／ｒがＳ0よりも小さいことと、および軸ずれ距離
が最小であることとの制限に一致している４ｙ0であるので、米国特許第４，７
５７，４３１号により必要とされるランプエンベロープの最大直径は、２８ｍｍ
である。実際的に、これにより光ファイバはエンベロープに隣接して配置される
。ｒ1x＝５０ｍｍおよびｒ1y＝５１．９ｍｍの円環反射体を代用すると、１ｍｍ
の光ファイバについての最適化された位置は、ｙ0＝１０ｍｍであり、光ファイ
バ標的に対する全集束されたエネルギーは、米国特許第４，７５７，４３１号に
より教示された、同じ直径５０ｍｍの球面反射体から達成可能な集束されたエネ
ルギーよりも４０％大きい。したがって、本発明は、曲率半径により除算された
軸ずれ距離の二乗が電磁放射源の範囲（ｙ0 2／ｒ≦Ｓ0）と等しいか、またはそ
れよりも小さい装置に関する。
【００２９】 大半のアークは対称的ではなく、そのｘ次元およびｙ次元において異なってい
るため、集束された放射における１０％のオーダでの改良は、横断面領域が楕円
形となるように円筒光ファイバを所定の角度で研磨することにより実現される。
光軸に対する法線からファイバの近接端の角度を変更することによって、光ファ
イバ標的の縦軸を回動するか、あるいは旋回して、集束可能な線束密度および標
的の照射を最大にすることができる。
るため、集束された放射における１０％のオーダでの改良は、横断面領域が楕円
形となるように円筒光ファイバを所定の角度で研磨することにより実現される。
光軸に対する法線からファイバの近接端の角度を変更することによって、光ファ
イバ標的の縦軸を回動するか、あるいは旋回して、集束可能な線束密度および標
的の照射を最大にすることができる。
【００３０】 本明細書に記載される基本的な光学構成は、第２の凹面反射体Ｍ2（すなわち
逆反射体）を含むよう拡張されることができる。この逆反射体は、円環反射体上
に放射源により放射され、かつ戻る逆集束線束を反射するために、放射源に後ろ
に配置される。凹面反射体は、球面または円環のどちらであってもよい。かかる
凹面逆反射体を用いる集束可能な線束密度における改良は、放射源、放射源エン
ベロープ、軸ずれ円環反射体、および標的の特性によって決まり、１０％〜７５
％の間で変化する。逆反射体は、集束可能な放射束およびシステム効率を最大化
するシステムをもたらすために、放射源およびそのガラスエンベロープ（もしあ
るなら）、ならびに円環反射体および標的に光学的に一致するものとする。円環
設計は、非球面エンベロープに起因する非点収差の低減を容易にさせるので、ガ
ラスエンベロープ（エンクロージャ）を有する放射源に最適である。この非点収
差の補正により、球面逆反射体よりも２０％凌ぐ全集束された放射束の改良をも
たらすことができる。図８に概略的に示される独立システムは、標的によって決
まる球面または逆反射体のどちらかを用いて最適化されることができる。
逆反射体）を含むよう拡張されることができる。この逆反射体は、円環反射体上
に放射源により放射され、かつ戻る逆集束線束を反射するために、放射源に後ろ
に配置される。凹面反射体は、球面または円環のどちらであってもよい。かかる
凹面逆反射体を用いる集束可能な線束密度における改良は、放射源、放射源エン
ベロープ、軸ずれ円環反射体、および標的の特性によって決まり、１０％〜７５
％の間で変化する。逆反射体は、集束可能な放射束およびシステム効率を最大化
するシステムをもたらすために、放射源およびそのガラスエンベロープ（もしあ
るなら）、ならびに円環反射体および標的に光学的に一致するものとする。円環
設計は、非球面エンベロープに起因する非点収差の低減を容易にさせるので、ガ
ラスエンベロープ（エンクロージャ）を有する放射源に最適である。この非点収
差の補正により、球面逆反射体よりも２０％凌ぐ全集束された放射束の改良をも
たらすことができる。図８に概略的に示される独立システムは、標的によって決
まる球面または逆反射体のどちらかを用いて最適化されることができる。
【００３１】 本明細書に記載された光学的構成は、多重軸ずれ反射体（上記の米国特許第４
，７５７，４３１号において説明されたように）、多重逆反射体、および多重標
的を含むように拡張されることができる。逆反射体Ｍ2を有さない図４における
光学システムは、４つの軸ずれ反射体および４つの標的の総てを収容することが
できる。第２の反射体Ｍ2を含むことにより、図７において示されるように、２
つの軸ずれ反射体および２つの標的にまでシステムを低減する。図８は、単一の
ほぼ半球形の逆反射体に対する図７における反射体Ｍ2の変形形態を示している
。４つの軸ずれ反射体の場合において、それぞれの反射体は、固定角度約９０゜
上で放射源から電磁放射を集束する。２つの軸ずれ反射体の場合には、それぞれ
の反射体は、固定角度約９０゜上で放射源から集束する。一対の反射体Ｍ2また
は図９における単一の逆反射体は、それぞれ、固定角度約９０゜または約１８０
゜上で放射源により光を集束し戻される。図８は、２つの反射体および放射源が
組み立てられ、図４において１つの独立ユニットとして実質的に製造されている
光学的構成の変形形態を示している。実際には、窓あるいは光ファイバフィッテ
ィング（fitting）により集束された線束密度に、標的を結合するための手段を
有する軸ずれ鏡および逆反射体のいずれの組み合わせも１つの独立ユニットとし
て製造することができる。軸ずれ鏡の数は、４つの標的よりも多くを必要とする
用途のために、４つの標的よりも多く増加させられることができるが、実際には
、かかる光学システムは、標的に対する集束可能な線束密度を最大化しない。
，７５７，４３１号において説明されたように）、多重逆反射体、および多重標
的を含むように拡張されることができる。逆反射体Ｍ2を有さない図４における
光学システムは、４つの軸ずれ反射体および４つの標的の総てを収容することが
できる。第２の反射体Ｍ2を含むことにより、図７において示されるように、２
つの軸ずれ反射体および２つの標的にまでシステムを低減する。図８は、単一の
ほぼ半球形の逆反射体に対する図７における反射体Ｍ2の変形形態を示している
。４つの軸ずれ反射体の場合において、それぞれの反射体は、固定角度約９０゜
上で放射源から電磁放射を集束する。２つの軸ずれ反射体の場合には、それぞれ
の反射体は、固定角度約９０゜上で放射源から集束する。一対の反射体Ｍ2また
は図９における単一の逆反射体は、それぞれ、固定角度約９０゜または約１８０
゜上で放射源により光を集束し戻される。図８は、２つの反射体および放射源が
組み立てられ、図４において１つの独立ユニットとして実質的に製造されている
光学的構成の変形形態を示している。実際には、窓あるいは光ファイバフィッテ
ィング（fitting）により集束された線束密度に、標的を結合するための手段を
有する軸ずれ鏡および逆反射体のいずれの組み合わせも１つの独立ユニットとし
て製造することができる。軸ずれ鏡の数は、４つの標的よりも多くを必要とする
用途のために、４つの標的よりも多く増加させられることができるが、実際には
、かかる光学システムは、標的に対する集束可能な線束密度を最大化しない。
【図１】 従来技術の集光レンズシステムの概略図である。
【図２】 従来技術の楕円レンズシステムの概略図である。
【図３ａ】 球面反射体を用いる従来技術のシステムのｘ−ｚ平面における
概略図である。
概略図である。
【図３ｂ】 球面反射体を用いる従来技術のシステムのｙ−ｚ平面における
概略図である。
概略図である。
【図４ａ】 本発明のｘ−ｚ平面における概略図である。
【図４ｂ】 本発明のｙ−ｚ平面における概略図である。
【図５】 本発明の実施形態の座標システムである。
【図６ａ】 標的に対する放射の集束を最大にするための凹球面反射体につ
いての最適な像位置を表す光路図である。
いての最適な像位置を表す光路図である。
【図６ｂ】 標的に対する放射の集束を最大にするための円環反射体につい
ての最適な像位置を表す光路図である。ただし、光学収差を補償するために２つ
の曲率半径を有する結果、理論上、最小錯乱円へｌ１およびｌ２がほぼ落ち込む
。実際には、ｌ１およびｌ２は最小錯乱円にあり（図６を参照のこと）、錯乱円
の像のサイズは、円環設計が最適化される範囲によって決まる放射源の像のサイ
ズよりも大きい。
ての最適な像位置を表す光路図である。ただし、光学収差を補償するために２つ
の曲率半径を有する結果、理論上、最小錯乱円へｌ１およびｌ２がほぼ落ち込む
。実際には、ｌ１およびｌ２は最小錯乱円にあり（図６を参照のこと）、錯乱円
の像のサイズは、円環設計が最適化される範囲によって決まる放射源の像のサイ
ズよりも大きい。
【図７ａ】 ２つの軸ずれ反射体および２つの二次逆反射体を含むように拡
張された、図３の光学的構成の概略図である。
張された、図３の光学的構成の概略図である。
【図７ｂ】 図５の２つの二次逆反射体を、放射源によって等しくない（円
環）、あるいは等しい（球面）の２つの曲率半径を有する単一のほぼ半球形の反
射体にまで低減する。
環）、あるいは等しい（球面）の２つの曲率半径を有する単一のほぼ半球形の反
射体にまで低減する。
【図８】 反射体および放射源が組み立てられ、１つの独立ユニットとして
製造される、光学的構成の概略図である。
製造される、光学的構成の概略図である。
【図９】 ４つの軸ずれ円環反射体によって電磁放射源に結合された４つの
標的を含むための本発明の拡大図である。
標的を含むための本発明の拡大図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年１２月７日（２０００．１２．７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】 その実施形態が参照（図３）により本明細書に援用される米国特許第４，７５
７，４３１号では、軸ずれ（off-axis）凹球面反射体を用いて、小さな標的と、
小さな標的により集束可能な線束量とを照射する最大線束を拡げる、改良された
集束集光システムを記載している。この特許明細書に記載されている軸ずれ凹球
面反射体は、ある不利な点、すなわち軸ずれ変位の方向に並行した非点収差、お
よびこの距離を最小にするための必要条件に固有の物理的制限を有する。非点収
差の影響によりシステムの集束効率が低減することによって、標的に集められた
線束が低減する。点光源および標的間の軸ずれ距離を最小にするための（すなわ
ち、非点収差ひずみを最小にするための）必要条件は、記載する実施形態の点光
源および標的の物理的次元に関する制限に課される。変形可能な凹球面反射体の
使用の教示は、垂直であり不均一である２つの曲率半径を有する円環反射体の使
用をもたらさない。 国際特許出願公開第ＷＯ９４／０３７５９号は、放射源の軸ずれ距離が上記制
限により限定されない、凹面円環反射体を用いる電磁放射を集束するシステムを
記載する。
７，４３１号では、軸ずれ（off-axis）凹球面反射体を用いて、小さな標的と、
小さな標的により集束可能な線束量とを照射する最大線束を拡げる、改良された
集束集光システムを記載している。この特許明細書に記載されている軸ずれ凹球
面反射体は、ある不利な点、すなわち軸ずれ変位の方向に並行した非点収差、お
よびこの距離を最小にするための必要条件に固有の物理的制限を有する。非点収
差の影響によりシステムの集束効率が低減することによって、標的に集められた
線束が低減する。点光源および標的間の軸ずれ距離を最小にするための（すなわ
ち、非点収差ひずみを最小にするための）必要条件は、記載する実施形態の点光
源および標的の物理的次元に関する制限に課される。変形可能な凹球面反射体の
使用の教示は、垂直であり不均一である２つの曲率半径を有する円環反射体の使
用をもたらさない。 国際特許出願公開第ＷＯ９４／０３７５９号は、放射源の軸ずれ距離が上記制
限により限定されない、凹面円環反射体を用いる電磁放射を集束するシステムを
記載する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２８】 米国特許第４，７５７，４３１号では、ｙ0 2／ｒがＳ0よりも小さいという制
限を与える球面反射体の使用を教示している。この制限により、実際に、エンベ
ロープに隣接している最小限の軸ずれ距離に標的が配置されることを要求するこ
とでシステムの物理的設計を制限する。反対に、円環反射体の半径（ｒ1xおよび
ｒ1y）は、ｙ0 2／ｒの値上のこの制限を大幅に緩和するように選択される。これ
により、放射源／放射源エンベロープおよび標的間の付加スペースが可能となる
。付加スペースにより、エンベロープによる焦点の潜在的な障害をなくし、光素
子（例えば、フィルタ、補償傾斜板、レンズ等）、あるいは機構素子（例えば、
シャッター、アイリス等）の配置が、標的上に入射する線束密度を減衰し、制御
しおよび／またはフィルタリングすることができるようにする。上記の特許の好
適な実施形態において、ｒ≒５０ｍｍおよびＳ0≒１ｍｍの球面反射体を有する
最大集束可能な線束を達成するには、ｙ0は、約７ｍｍ以下に制限される。最大
のエンベロープ直径は、ｙ0 2／ｒがＳ0よりも小さいことと、および軸ずれ距離
が最小であることとの制限に一致している４ｙ0であるので、米国特許第４，７
５７，４３１号により必要とされるランプエンベロープの最大直径は、２８ｍｍ
である。実際的に、これにより光ファイバはエンベロープに隣接して配置される
。ｒ1x＝５０ｍｍおよびｒ1y＝５１．９ｍｍの円環反射体を代用すると、国際特
許出願公開第ＷＯ９４／０３７５９号にしたがう１ｍｍの光ファイバについての
最適化された位置は、ｙ0＝１０ｍｍであり、光ファイバ標的に対する全集束さ
れたエネルギーは、米国特許第４，７５７，４３１号により教示された、同じ直
径５０ｍｍの球面反射体から達成可能な集束されたエネルギーよりも４０％大き
い。したがって、本発明は、曲率半径により除算された軸ずれ距離の二乗が電磁
放射源の範囲（ｙ0 2／ｒ≦Ｓ0）と等しいか、またはそれよりも小さい装置に関
する。
限を与える球面反射体の使用を教示している。この制限により、実際に、エンベ
ロープに隣接している最小限の軸ずれ距離に標的が配置されることを要求するこ
とでシステムの物理的設計を制限する。反対に、円環反射体の半径（ｒ1xおよび
ｒ1y）は、ｙ0 2／ｒの値上のこの制限を大幅に緩和するように選択される。これ
により、放射源／放射源エンベロープおよび標的間の付加スペースが可能となる
。付加スペースにより、エンベロープによる焦点の潜在的な障害をなくし、光素
子（例えば、フィルタ、補償傾斜板、レンズ等）、あるいは機構素子（例えば、
シャッター、アイリス等）の配置が、標的上に入射する線束密度を減衰し、制御
しおよび／またはフィルタリングすることができるようにする。上記の特許の好
適な実施形態において、ｒ≒５０ｍｍおよびＳ0≒１ｍｍの球面反射体を有する
最大集束可能な線束を達成するには、ｙ0は、約７ｍｍ以下に制限される。最大
のエンベロープ直径は、ｙ0 2／ｒがＳ0よりも小さいことと、および軸ずれ距離
が最小であることとの制限に一致している４ｙ0であるので、米国特許第４，７
５７，４３１号により必要とされるランプエンベロープの最大直径は、２８ｍｍ
である。実際的に、これにより光ファイバはエンベロープに隣接して配置される
。ｒ1x＝５０ｍｍおよびｒ1y＝５１．９ｍｍの円環反射体を代用すると、国際特
許出願公開第ＷＯ９４／０３７５９号にしたがう１ｍｍの光ファイバについての
最適化された位置は、ｙ0＝１０ｍｍであり、光ファイバ標的に対する全集束さ
れたエネルギーは、米国特許第４，７５７，４３１号により教示された、同じ直
径５０ｍｍの球面反射体から達成可能な集束されたエネルギーよりも４０％大き
い。したがって、本発明は、曲率半径により除算された軸ずれ距離の二乗が電磁
放射源の範囲（ｙ0 2／ｒ≦Ｓ0）と等しいか、またはそれよりも小さい装置に関
する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブレナー、ダグラス・エム アメリカ合衆国、カルフォルニア州、ロ ス・アンジェルス、マルコーム・アヴェニ ュー 733 Ｆターム(参考） 2H037 BA01 CA37 2H042 DD01 DD10 DE04 2H052 BA02 BA03 BA06 BA11 2H087 KA22 RA06 TA01 TA03 TA06
Claims (49)
- 【請求項１】 高度に分岐した、広帯域の、非干渉性の電磁放射源であって
、所定の範囲を有する放射源と、 軸と、前記放射源に対し凹面の略円環状反射面とを有する電磁放射反射体であ
って、該円環状反射面は、第１および第２の直交平面において、それぞれ、第１
および第２の曲率半径を有し、該第１の曲率半径は該第２の曲率半径よりも大き
く、前記放射源は、前記反射体の曲率中心近くに配置されるが、所定の距離だけ
前記反射体の前記軸から横方向にオフセットされ、該距離の二乗と前記第１の曲
率半径との比率は、前記所定の範囲に等しいか、または前記所定の範囲よりも小
さい、電磁放射反射体と、 前記放射源によって供給され、かつ前記反射体によって集束され、前記電磁放
射反射体から反射される電磁放射を集束するために配置される光ファイバ標的と
、を備えるシステム。 - 【請求項２】 小領域において可能なかぎり多くの放射束を有する高強度放
射源を供給するために、電磁放射を集結し、集中し、集束するシステムであって
、 第１の一次光軸と、第１の平面における第１の曲率半径および該第１の平面に
直交した第２の平面における第２の曲率半径により画定される第１の略円環状凹
面反射面とを有する第１の一次電磁放射反射体であって、該第１の一次反射体の
前記第１の曲率半径および前記第２の曲率半径は等しくない、第１の一次電磁放
射反射体と、 所定の範囲を有し、該第１の一次反射体の曲率中心近くに配置されるが、前記
第１の平面において前記第１の一次光軸から第１の軸ずれ距離だけ横方向にオフ
セットされて、前記放射源の実質的な集束像をもたらし、前記第１の一次反射体
からの反射の際には、第１の像点にて、前記第１の平面において前記第１の一次
光軸から第２の軸ずれ距離だけ横方向にオフセットされる、電磁放射源であって
、該第１の軸ずれ距離の二乗と、前記第１の一次反射体の前記第１の曲率半径と
の比率は、前記放射源の前記範囲に等しいか、あるいは前記放射源の前記所定の
範囲よりも小さい、電磁放射源と、 最大集束可能な線束密度の一点の近くに配置された標的であって、該最大集束
可能な線束密度の一点の位置は、前記一次反射体の前記第１および第２の曲率半
径の関数である、標的と、を備えるシステム。 - 【請求項３】 前記第１の一次反射体の前記第２の曲率半径は、前記標的に
関し前記放射源について前記最大集束可能な線束密度をもたらすように選択され
る請求項２に記載のシステム。 - 【請求項４】 前記最大集束可能な線束密度は、単一の曲率半径を持つが、
持たない場合には、請求項２に記載のシステムと同一である球面反射面を有する
球面システムの最大集束可能な線束密度を超える請求項２に記載のシステム。 - 【請求項５】 前記第１および第２の軸ずれ距離は、球面反射体を有し、か
つ、最大集束可能な線束密度の一点において、請求項２に記載のシステムが結像
すのと同じ線束密度を結像し、そうでない場合には、請求項２に記載のシステム
と同一である、球面システムの軸ずれ距離よりも長くなるように選択される請求
項２に記載のシステム。 - 【請求項６】 前記第１の一次反射体の前記第１および第２の曲率半径間の
差は、最小化され、前記第１の一次反射体の前記第２の曲率半径は、前記標的に
ついて得ることのできる最大集束可能な線束密度をもたらすように選択される請
求項２に記載のシステム。 - 【請求項７】 前記第１の一次反射体の前記第２の曲率半径は、前記放射源
のサイズ、輝度、開口数、および光学収差にもとづいて、前記標的において前記
最大集束可能な線束密度の一点をもたらすように選択される請求項２に記載のシ
ステム。 - 【請求項８】 前記第１の一次反射体の前記第２の曲率半径は、放射源エン
クロージャの結果による前記放射源の収差を補正するように選択される請求項７
に記載のシステム。 - 【請求項９】 前記第１の一次反射体の前記第２の曲率半径は、前記標的の
サイズ、形状、および軸ずれ変位にもとづいて、前記標的において前記最大集束
可能な線束密度の一点をもたらすように選択される請求項２に記載のシステム。 - 【請求項１０】 前記第１の一次反射体の前記第２の曲率半径は、前記標的
に対して、前記放射源とほぼ同じサイズの前記放射源の像をもたらすように選択
される請求項２に記載のシステム。 - 【請求項１１】 前記標的は、前記第１の像点とほぼ一致する、前記最大線
束密度の一点に配置される請求項２に記載のシステム。 - 【請求項１２】 前記標的は、前記最大集束可能な線束密度の一点近くに配
置された集束端を有する光ファイバ標的である請求項２に記載のシステム。 - 【請求項１３】 二次電磁放射反射体は、二次光軸と、第１の曲率半径およ
び第２の曲率半径により画定された反射面とを有し、前記二次反射面は、前記第
１の一次反射体に関して、前記放射源により放射され、かつ戻る電磁放射を反射
するために、かつ、前記標的について最大線束密度の一点をもたらすために、前
記放射源の後ろに配置される請求項２に記載のシステム。 - 【請求項１４】 前記二次反射体の前記第２の曲率半径は、前記放射源のサ
イズ、輝度、開口数、および光学収差にもとづいて、前記最大線束密度の一点を
もたらすよう選択される請求項１３に記載のシステム。 - 【請求項１５】 前記二次反射体の前記第２の曲率半径は、前記放射源とほ
ぼ合致する前記放射源の像をもたらすように選択され、前記放射源の前記像は、
前記放射源とほぼ同じサイズである請求項１３に記載のシステム。 - 【請求項１６】 前記二次反射体の前記第１および第２の曲率半径は、前記
二次反射体の前記反射面が球面となるように等しい請求項１３に記載のシステム
。 - 【請求項１７】 前記二次反射体の前記第２の曲率半径は、放射源エンクロ
ージャに起因する前記放射源の光学収差を補正するように選択される請求項１４
に記載のシステム。 - 【請求項１８】 前記電磁放射源は、電気ＡＣアークランプ、電気ＤＣアー
クランプ、ガス放電ランプ、フィラメントランプ、発光体、および半導体レーザ
からなるグループから選択される光源を含む請求項２に記載のシステム。 - 【請求項１９】 前記標的上の前記集束像の焦点を改良するために、前記第
１の一次反射体と前記標的との間に配置された補正レンズをさらに含む請求項２
に記載のシステム。 - 【請求項２０】 前記標的は、前記第１の像点近くに配置された集束端を有
する第１の光ファイバ標的を含み、前記システムはさらに、第２の一次光軸を有
する第２の一次電磁放射反射体と、曲率中心を有する第２のほぼ円環の凹反射面
とを備え、前記電磁放射源は光源を含み、該光源は、前記第１および第２の一次
光軸の交差点近くに配置されるが、該交差点から第３の交差点ずれ距離によりオ
フセットされて、前記第１の像点において、および第４の軸ずれ距離により前記
第２の一次光軸からオフセットされた第２の像点において前記放射源の光を集束
し、前記第１の像点は、前記第１の一次光軸に対して前記光源の反対側にあり、
前記第２の像点は、前記第２の一次光軸に対して前記光源の反対側にあり、第２
の光ファイバ標的は、前記第２の像点近くに配置された集束端を有する請求項２
に記載のシステム。 - 【請求項２１】 前記第１および第２の一次反射体は、単一の反射体として
製造される請求項２０に記載のシステム。 - 【請求項２２】 それぞれ前記第１および第２の一次反射体に対し、通常、
前記放射源の後ろに配置されて、前記放射源により放射され、かつ戻る光を反射
して前記放射源とほぼ一致する前記放射源の第１および第２の像を形成する凹面
第１および第２の二次反射体をさらに備える請求項２０に記載のシステム。 - 【請求項２３】 前記光源、前記第１および第２の一次反射体、前記第１お
よび第２の二次反射体は、単一のエンクロージャ内で実質的にユニットとして製
造されて取り付けられ、前記第１および第２の光ファイバ標的に結合される請求
項２２に記載のシステム。 - 【請求項２４】 小領域において可能なかぎり多くの放射束を有する高強度
光源を供給するために、光を集結し集束するシステムであって、 光軸と、第１の平面における第１の曲率半径および該第１の平面に直交した第
２の平面における第２の曲率半径により画定される略円環反射面の一部分とを有
する一次電磁放射反射体であって、前記第１の曲率半径および前記第２の曲率半
径は等しくない、一次電磁放射反射体と、 所定の範囲を有し、分岐した、広帯域の、非干渉性の光を供給する光源であっ
て、該光源は、エンベロープにより取り囲まれ、前記反射体の曲率中心近くに配
置されるが、前記第１の平面において前記反射体の前記光軸から第１の軸ずれ距
離だけ横方向にオフセットされて、前記光源の実質的な集束像をもたらし、前記
反射体からの反射の際には、像点にて、前記第１の平面において前記光軸から第
２の軸ずれ距離だけ横方向にオフセットされる光源であって、前記第１の軸ずれ
距離の二乗と、前記一次反射体の前記第１の曲率半径との比率は、前記光源の前
記範囲に等しいか、あるいは前記光源の前記所定の範囲よりも小さい、光源と、 縦軸と、最大集束可能な線束密度の一点の近くに配置された集束端とを有する
光ファイバ標的であって、該最大集束可能な線束密度の位置は、前記一次反射体
の前記第１および第２の曲率半径の関数である、光ファイバ標的と、を備えるシ
ステム。 - 【請求項２５】 前記一次反射体の前記第１および第２の曲率半径は、前記
最大集束可能な線束密度の一点の位置が、前記エンベロープの外側になるように
選択される請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項２６】 前記一次反射体の第２の曲率半径は、前記光ファイバ標的
に対して前記放射源に達成可能な最大集束可能な線束密度をもたらすように選択
される請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項２７】 前記一次反射体の前記第１および第２の曲率半径間の差は
最小化され、前記一次反射体の第２の曲率半径は、前記光ファイバ標的に達成可
能な最大集束可能な線束密度をもたらすように選択される請求項２４に記載のシ
ステム。 - 【請求項２８】 前記一次反射体の第２の曲率半径は、前記放射源のサイズ
、輝度、開口数、およびエンベロープの光学収差にもとづいて、前記光ファイバ
標的において前記最大集束可能な線束密度の一点をもたらすように選択される請
求項２４に記載のシステム。 - 【請求項２９】 前記一次反射体の第２の曲率半径は、前記光ファイバ標的
のサイズ、形状、開口数、軸ずれ変位にもとづいて、前記光ファイバ標的におい
て前記最大集束可能な線束密度の一点をもたらすように選択される請求項２４に
記載のシステム。 - 【請求項３０】 前記光ファイバ標的は開口数を有し、前記光ファイバ標的
の該開口数は、前記放射源および前記反射体の有効開口数よりも大きくなく、前
記光ファイバ標的は、前記一次反射体の前記像点からオフセットされる請求項２
４に記載のシステム。 - 【請求項３１】 前記光ファイバ標的は、前記像点とほぼ一致している前記
最大線束密度の一点に配置される請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項３２】 前記エンベロープは縦軸を有し、前記エンベロープの該縦
軸は、前記標的において前記線束密度を増大させるために、前記第１の平面に対
する垂直な線に対して傾斜される請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項３３】 前記反射体は、前記標的において前記線束密度を増大させ
るために、前記第１の平面に対して所定の角度で傾斜される請求項２４に記載の
システム。 - 【請求項３４】 前記光ファイバ標的の前記集束端は、前記光ファイバ標的
により集束させられた光の量を最大にするために、かつ前記エンベロープおよび
前記一次反射体に起因する光学収差を補正するために選択された所定の角度で研
磨される請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項３５】 前記集束端は、前記光ファイバ標的の前記縦軸に垂直であ
る請求項３４に記載のシステム。 - 【請求項３６】 前記光ファイバ標的は、ともに束ねられた複数の光ファイ
バからなる請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項３７】 前記光ファイバ標的上の前記集束像の焦点を改良するため
に、前記一次反射体と前記光ファイバ標的との間に配置された補正レンズをさら
に含む請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項３８】 二次光軸と、第１の曲率半径および第２の曲率半径により
画定される二次反射面とを有する二次光反射体をさらに含み、該二次反射面は、
前記放射源からの光を反射し、前記放射源に戻すために、かつ前記光ファイバ標
的について最大線束密度の一点をもたらすために、前記一次反射体に対して、前
記放射源の後ろに配置される請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項３９】 前記二次反射体の前記第２の曲率半径は、前記放射源のサ
イズ、輝度、開口数、エンベロープ収差にもとづいて、前記最大線束密度の一点
をもたらすように選択される請求項３８に記載のシステム。 - 【請求項４０】 前記二次反射体の前記第２の曲率半径は、前記放射源にほ
ぼ一致し、前記放射源とほぼ同じサイズである前記放射源の像をもたらすように
選択される請求項３８に記載のシステム。 - 【請求項４１】 前記二次反射体の前記第１および前記第２の曲率半径は、
前記二次反射面が球面であるように等しい請求項３８に記載のシステム。 - 【請求項４２】 前記第２の軸ずれ距離は、前記第１の軸ずれ距離にほぼ等
しい請求項２に記載のシステム。 - 【請求項４３】 前記第２の軸ずれ距離は、前記第１の軸ずれ距離にほぼ等
しい請求項２４に記載のシステム。 - 【請求項４４】 前記二次反射面の前記第１および前記第２の曲率半径は、
等しくない請求項１６に記載のシステム。 - 【請求項４５】 前記二次反射面の前記第１および前記第２の曲率半径は、
等しくない請求項３８に記載のシステム。 - 【請求項４６】 前記最大集束可能な線束密度は、球面システムの最大集束
可能な線束密度を超え、該球面システムは、単一の曲率半径を持った球面反射面
を有し、該球面システムの場合の軸ずれ距離の二乗と該球面システムの場合の放
射源の範囲との比率は、該球面システムの単一の曲率半径よりも小さい請求項２
に記載のシステム。 - 【請求項４７】 前記第１の一次反射体の前記第１の曲率半径は、球面シス
テムの単一の曲率半径に等しい有効半径であり、該球面システムは、球面を有す
る反射体を備える請求項２に記載のシステム。 - 【請求項４８】 前記第１の一次反射体の前記第１の曲率半径は、球面シス
テムの単一の曲率半径よりも小さい有効半径であり、該球面システムは、球面を
有する反射体を備える請求項２に記載のシステム。 - 【請求項４９】 前記第１の一次反射体の前記第１の曲率半径は、前記第１
の一次反射体の前記第２の曲率半径よりも大きい請求項２に記載のシステム。
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