JP3190680B2 - 電磁線を集めて収束させる楕円反射鏡を用いた光学システム - Google Patents

電磁線を集めて収束させる楕円反射鏡を用いた光学システム

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は電磁線を集めて収束させるシステム、特に光
ファイバのような小さいターゲットに高い放射輝度を与
えるシステムに関する。
発明の背景 電磁線を集めて収束させる従来システムの構造は、点
源に近い放射源からの光を可能な限り多く集めてその集
めた光の方向を変更させることに重点が置かれている。
これらの従来システムの構造に基づいて小さいスポット
径に光を収束させると、大きなスポット径に光を収束さ
せた場合と比較して、その光束密度が小さくなる。何故
なら、一般的な放射源から非干渉性の光が生じる場合、
（放射源からの光を可能な限り多く集めてその集めた光
の方向を変更させることに重点が置かれている）従来の
構造は、小さいスポット径に光を可能な限り収束させる
目的とは本質的に矛盾するからである。従って、小さい
スポット径を有するイメージは、光束密度をその寸法に
対応して減少させることによってのみ得られる。
放射線を集めて収束させるための光学的構造として、
一般的に、２つの基本的な構造が挙げられる。第１の構
造は、図１に例示されるような収束レンズを用いるシス
テムである。しかし、収束レンズは、色収差や球面収差
を生じたり、その配置に大きな空間を必要とするなど、
種々の問題点がある。（図2aに示されるような）楕円反
射鏡もまた従来システムに用いられている。このシステ
ムにおいて、放射源は第１焦点に配置され、ターゲット
（例えば、光ファイバ束）は第２の焦点に配置され、フ
ァイバ軸18は楕円の長軸12と平行になるように配置され
ている。第１、第２焦点は両方とも、楕円の長軸と一致
している楕円の光軸と同一線上にある。このようなシス
テムは、「軸上（on−axis）システム」（放射源とター
ゲットが反射鏡の光軸上に配置されているシステム）と
呼ばれて、以下に示す多くの欠点を有している。すなわ
ち、コストが高く、イメージの倍率が望ましい値よりも
大きくなるので光ファイバのような小さいターゲットに
収束される放射束の密度が小さくなり、また、放射線が
影に遮られて収束される放射束の全量が減少し、さら
に、反射鏡の表面の利用においてさらに改善の余地があ
る、という欠点がある。軸上式楕円反射システムは、前
述したように、放射束の密度を犠牲にして、点源からの
放射束を可能な限り多く集めてその放射束の方向を変更
させることに重点が置かれている。
米国特許第４、757、431号（図3a）は、放射線を集め
て収束させるシステムの改良型について記載している。
この改良されたシステムは、放射源から照射されて小さ
いターゲットに収束される放射束の量を増すために、
「軸外式（off−axis）」（放射源とターゲットが反射
鏡の光軸上に配置されていないシステム）の凹球面鏡を
用いている。しかし、この特許に記載されている軸外式
の凹球面鏡は以下の欠点を有している。すなわち、
（ｉ）球面の光軸から離れる方向と平行に光収差および
非点収差が生じる点、と（１）球面の光軸外に配置され
た放射源とターゲット間の距離を最小にするために物理
的な制限が加わる点である。さらに詳しく述べると、非
点収差の影響によって、システムにおける放射線の収束
効率が低下し、ターゲットに収束される放射束の量が減
少する。そして、球面の光軸外に配置された放射源とタ
ーゲット間の距離を最小にする（すなわち、非点収差の
歪みを最小にする）必要があるので、上記の実施例にお
いて、放射源とターゲットの物理的な寸法が限定され
る。球面鏡の代わりに、軸外式反射鏡の構造に依存する
非点収差と光収差を減少させるトロイダル反射鏡（図3
b）を用いることによって、軸外式システムの収束効率
を向上させることができる。しかし、このトロイダル型
軸外式システムにはその構造に基づく限界があるので、
最大収束効率を得ることができない。
以下に述べる本発明は、放射線を集めて収束させるた
めの「軸外式」の楕円反射鏡を用いるシステムである。
図2bと図2aに示された２つのシステムと比較して、軸外
式システムと軸上式システムの違いに起因するいくつか
の主要な差異がある。すなわち、軸外式の本システムに
おいては、（ｉ）ターゲットの光軸14は、放射源Ｓとタ
ーゲットＴが距離STだけ離間されて配置されている楕円
の長軸21に対してある角度（０゜以上）だけ傾斜し、
（１）楕円の長軸と楕円の光軸（すなわち、幾何学的な
軸）が一致している図2aの軸上式システムに対して、楕
円鏡M1の反射部Ｐの光軸（すなわち、幾何学的な軸）12
は、長軸21と一致していない。また、図3aに示される従
来の放射線を集めて収束させるための「軸外式」システ
ムと比較して、本発明は、ターゲットにおいて放射源の
輝度を保持して放射源とターゲット間の放射線の結合を
実質的に改良する、単一倍率（1:1の倍率）を確保する
ことによって従来システムと比較してさらに正確な結像
を達成できるシステムによって構成されている。
発明の要約 本発明は、米国特許第４、757、431号に記載されてい
るシステムおよび放射線を集めて収束するための楕円反
射鏡を有する従来システムの改良に関する。本発明の目
的は、光収差と倍率の両方を最小にするという点におい
て従来システムの構成における種々の限界を克服するこ
とにある。この目的は、好適な実施例（図４）に例示さ
れているような特殊な構造の楕円反射鏡を用いることに
よって、達成される。具体的には、本発明の楕円反射鏡
において、第１焦点F1と第２焦点F2が、反射鏡M1の一部
である楕円面の短軸10と一致している反射鏡の光軸12に
関して対称的に配置されている。この第１および第２焦
点F1、F2は、それぞれ、放射源ＳとターゲットＴの位置
を定め、また、ファイバ軸14は楕円の長軸とある角度
（０゜以上）で交差している。このシステムは、放射源
を1:1の倍率で結像することによって、ターゲットにお
いて、放射源の輝度を保持することができる。他の実施
例において、本発明の光学システムは、楕円鏡M1の有効
反射部Ｐのみを利用している。この有効反射部Ｐは、放
射源から照射された放射線を集めて、その集めた放射線
を、ターゲットの受容円錐角に収束させる部分として定
義される（図2b）。
本発明による放射源、ターゲットおよび反射鏡の配置
は米国特許第４、757、431号に記載された軸外式システ
ムの構成（図3a）と類似しているが、本システムは、
（ｉ）ターゲットにおいて放射源の輝度をより確実に保
持する結像システムを有し、（１）放射源、ターゲット
および楕円反射鏡のパラメータの特定の組合せによって
略単一倍率を確保することが可能であり、（ｍ）楕円の
光軸外に配置された放射源とターゲットの離間距離によ
って制限を受けず、（ｎ）小さいターゲットに収束され
る放射束の密度を最大にさせることができる。長軸と一
致する光軸を有してその光軸に沿って第１、第２焦点が
配置される楕円反射鏡を利用する他の光学システム（図
2a）に対して、本発明におけるターゲットの光軸14（タ
ーゲットの受容円錐角の中心軸で定義される）は、楕円
の長軸に対してある角度（０゜以上）傾いて配置されて
いる。このように、本システムは単一倍率が得られるよ
うに最適化されているだけではなく、従来の「軸上式」
楕円鏡の幾何学的構成と比較して、放射源と収束イメー
ジが形成される位置の間の距離もまた最小になるように
構成されている。この改良された軸外式システムの構成
は、実質的に、以下の点で従来技術よりも優れている。
すなわち、（ｉ）光収差（すなわち、従来の軸外式シス
テムによって生じる非点収差の歪み）を減少させてシス
テムの収束性と結像性を改善し、電磁線の点源からの放
射線を小さいターゲットに容易に収束させることがで
き、（１）好適な実施例において、単一倍率を保持する
ことによって、小さいターゲットに収束される放射束を
最大にさせることができ、（ｍ）米国特許４、757、431
号に記載されている「軸外式」光学システム又は「軸上
式」システムと比べて、放射源と小さいターゲット間の
収束／結合効率を最大にさせることができ、さらに
（ｎ）放射源とターゲット間の距離とは独立して、収束
効率を得ることができる。
好適な実施例（図４）において、放射源と収束イメー
ジが形成される位置の間の距離を実質的に小さくさせて
かつ単一倍率に近い倍率を得るために、１つの楕円反射
鏡が、その長軸をターゲットの光軸に対して傾斜させて
配置されている。ターゲットは、最大の放射束の密度を
生じる収束イメージの略近傍に配置される。イメージの
平均倍率が略単一倍率に等しく、かつ収束イメージが形
成される距離が最小化されているという点において、本
発明は、従来技術（図2a）と著しく異なっている。ダー
ゲットの位置における放射束は、トロイダル状又は球面
状の逆反射鏡M2を内蔵することによって増すことができ
る。特に、最適化されたトロイダル状の逆反射鏡M2は、
放射源の輝度を可能な限り大きくし、ターゲットにおけ
る放射束の密度を可能な限り大きくすることができる。
第２実施例において、本発明の光学システムを構成す
る要素は、巻貝状のハウジング内に配置されている（図
7a、7bを参照）。ハウジングの内面は、逆反射鏡、有効
楕円反射部および窓を含む１つの反射鏡によって構成さ
れている。このハウジングは、自己封入短アークランプ
（図示せず）かまたは短アークランプ放射源の電極（図
7b）のいずれかを永久的に内蔵し、内部は完全に密封さ
れ、光源の輝度を維持するためにガスで加圧される、よ
うに構成することができる。又は、図7aに示されるよう
に、離脱可能なプラグを含むランプを使用できるよう
に、円形の開口部がハウジングの円部と同心のハウジン
グの頂部に形成されてもよい。集められた放射線による
イメージは、ハウジングの窓を介して小さいターゲット
に結像される。なお、ハウジングの窓は、結像作用のあ
る又は結像作用のない光学要素からなる平面部、又は結
像作用のない半球面窓を有する光ファイバターゲットの
脱着に適した平面部によって構成されている。
最後に、第３実施例（図８）において、本発明は，放
射源が配置されている共通焦点F1を有するように配置さ
れている２つの楕円反射面M3a、M3bを備える複合楕円反
射鏡M3を用いている。この場合、楕円反射面M3a、M3bの
残りの焦点F2、F2に配置された２つのターゲットT1とT2
は、高い束密度で照射される。さらに、従来技術は、放
射源とターゲットの離間距離を最小にすることが必要条
件とされていたが、本発明においては、そのような必要
条件は従来技術と比べて緩和されるので、２つのターゲ
ットのそれぞれにおいて輝度を維持するために、トロイ
ダル状又は球面状の逆反射鏡M4を複合楕円鏡内に容易に
組み込むことができる。
図面の簡単な説明 図１は、収束レンズを用いる従来の軸上式システムの
概略図である。
図2aは、従来の軸上式楕円反射システムの概略図であ
る。
図2bは、一般的な楕円反射システムが軸外式として構
成されることを示す概略試案図である。
図3aは、球面鏡を用いた従来の軸外式システムの透視
図である。
図3bは、トロイダル型反射鏡を用いた従来の軸外式シ
ステムの透視図である。
図４は、本発明による楕円反射鏡を用いた光学システ
ムの第１実施例の透視図である。
図5aは、ガラス球を有する放射源、光ファイバターゲ
ットおよび逆反射鏡の配置を示す、図４のｙ−ｚ面にお
ける光学システムの概略図である。
図5bは、有効光の最小角度と最大角度を示す、図5aの
ｘ−ｚ面における光学システムの概略図である。
図6aは、楕円反射鏡の有効反射部のみが用いられ、か
つこの楕円反射鏡の光軸は楕円の長軸とは一致するがタ
ーゲットの光軸とは一致しない、ような構成を有する軸
外式システムを示す、本発明の第１実施例の変形例の概
略図である。
図6bは、楕円反射鏡の有効反射部が用いられ、かつ反
射鏡の光軸は光ファイバターゲットの前後軸と一致する
がターゲットの光軸とは一致しない、ような構成を示
す、図6aの実施例の概略図である。
図7aは、イメージがハウジング外に形成されるように
楕円の長軸に対して傾いた透明の平面部からなる窓を有
する巻貝状ハウジングに軸外式システムを適用した本発
明の第２実施例の概略図である。
図7bは、光ファイバターゲットを受容するのに適した
半球窓を有する巻貝状ハウジングに軸外式光学システム
を適用した本発明の第２実施例の概略図である。
図８は、放射源から２つの異なったターゲットに放射
線を供給する複合楕円反射鏡の構造に軸外式光学システ
ムを適用した本発明の第３実施例の概略図である。
発明の詳細な説明 以下、本発明を完全に理解するために、具体的な寸
法、数字、光学的要素などを用いて、本発明をさらに詳
細に説明するが、それらは、単に例示に過ぎず、本発明
をなんら限定するものではない。当業者にとっては、本
発明が、ここに述べる以外の実施態様にも適用できるこ
とは明白である。また、公知の装置や技術の詳細な説明
は、本発明の要点が不明瞭にならないように、必要な部
分を除いて省略する。
本発明による、図４に示される放射線を集めて収束さ
せるシステムは、放射源Ｓ、主反射鏡M1およびターゲッ
トＴの３つの主要素によって構成されている。さらに、
４番目の光学要素として、逆反射鏡M2を、システムの性
能を改善するために用いるのが好ましい。
（１）放射源：電磁線の光学的点源Ｓとして表示され
る。本発明において、点源Ｓは、その立体角が小さく、
例えば、放射束を47πステラジアンの立体角内に放射す
るような電磁線の小形放射源である。代表的には、この
ような放射源Ｓの直線状の立体角は0.1ラジアン以下で
ある。例えば、代表的な放射源Ｓとしては、凹面鏡の前
方に略50mm離間して配置されたアーク間隙が略1mmの電
気アークランプを用いるとよい。実際には、このような
放射源Ｓは縦長である。好適な実施例において、アーク
間隙が1mm以下で、石英ガラス球又は石英窓を有するセ
ラミック密封体を有する小形のキセノンア−クランプが
用いられる。ターゲットＴの寸法と同じかそれより小さ
い寸法であれば、どのような放射源Ｓ（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、LE
D、半導体等）を用いても、システムの最適な性能を達
成することができる。
ここで、放射源Ｓの寸法は、放射源Ｓの輝度（立体角
における放射線の束密度）を特徴づける強度曲線マップ
の1/e×強度によって定義されるのが望ましい。輝度
は、アーク間隙の大きさに関係し、放射源からターゲッ
トに至る放射線の結合効率の理論的な限界を決定する。
特定のアークランプに対して、その強度曲線は略軸対称
であり、電気定格、電極構造と電極組成、ガス圧、アー
ク間隙、およびガス組成の複素関数として表される。非
球面のガラス球５に有するアークランプの場合、放射源
の有効な相対位置と強度分布は、レンズとして機能する
ガラス球５の形状によって歪み、通常は、その歪みを補
正する光学要素を必要とする。光学的な補正は、ガラス
球５によって生じる非点収差を補正するように楕円反射
鏡M1の構造を改良するか、又は、（後述するように）反
射鏡M1とターゲットＴ間に補正光学装置を挿入すること
によって達成される。なお、フレネル反射を可能な限り
小さくしてターゲットＴに収束される放射束を可能な限
り大きくするために、又は、放射束を制御および／又は
濾過するために、光学的な皮膜をガラス球５を施すこと
もできる。
（２）主反射鏡 主反射鏡M1は、放射源からの電磁線を
反射してターゲットＴに収束させる。図2bに示される本
発明において、主反射鏡M1は放射源Ｓ、ターゲットＴに
対する楕円凹面として構成され、その主反射鏡M1のすべ
て又は一部からなる有効楕円反射部Ｐを有している。主
楕円反射鏡M1の第１焦点F1と第２焦点F2は、楕円の長軸
８上にあり、楕円の短軸10と交差するように構成されて
いる。図４および図5aに示される本発明の好適な実施例
において、ターゲットＴが単一倍率を達成するように配
置されたとき、反射鏡M1の光軸12は楕円の短軸10および
その幾何学的軸（すなわち、放射源とターゲットを結ぶ
線と交差する法線）と一致するように選択される。好ま
しくは、放射源ＳとターゲットＴは、それぞれ、楕円の
短軸10から等距離のF1とF2に配置される。反射鏡M1の光
軸12は楕円の短軸10と一致するのが好ましいが、必ずし
も一致する必要はなく、一致するか一致しないかは、
（ｉ）ターゲットＴに光を反射して収束させるために、
楕円反射鏡M1のどの部分が有効反射部Ｐとして実際に選
択されるか、（ｌ）ターゲットＴがどれぐらいの角度だ
け傾いて配置されるか、および（ｍ）どのぐらいの倍率
で、放射線の最大束密度が所定のターゲットＴに収束さ
れるか、という点に依存する。光ファイバがターゲット
Ｔとして用いられる場合、さらに、放射源Ｓに対する光
ファイバの相対的な寸法と開口度に依存する。
例えば、図6aと図6bに示される実施例において、本発
明の軸外式光学システムは、全反射鏡の光軸12が楕円の
長軸８と一致している従来の軸上式反射鏡システムと類
似の構成を有している。にもかかわらず、この構成は、
ターゲット14の光軸が楕円の長軸８と一致せずに角度ａ
（＞０゜）だけ傾いているので軸外式光学システムであ
る。（注：ターゲットの光軸は、光ファイバの開口数に
比例する全受容角の一部である光ファイバターゲットの
受容円錐角16の中心軸又は平均的な方向として規定され
る）。この場合、放射源Ｓから放射されてターゲットＴ
の受容円錐角16に放射束を収束させる楕円反射鏡M1の部
分Ｐは、楕円反射鏡M1の有効反射部Ｐと呼ばれる。一般
的に、ターゲットの光軸は反射鏡の光軸とは一致しな
い。さらに、図6bに示される別の実施例において、反射
鏡の光軸12は楕円の長軸８と光ファイバターゲットＴの
前後軸18と一致しているが、光ファイバターゲットＴの
近位端20の光軸が光ファイバの前後軸18と反射鏡の光軸
12の両方に対して角度ａ（＞０゜）だけ傾いているの
で、軸外式光学システムである。
放射源ＳはF1に配置されるので、イメージはターゲッ
トＴが配置される点であるF2に形成される。反射鏡M1
は、（図5aに示される）最適化された例において、単一
倍率を保持するように構成されている。具体的には、放
射源とターゲット間の所定の離間距離21に対して短軸10
の長さを適切に選択し、さらに反射立体角と収束立体角
が可能な限り一致するようにターゲットの光軸14を配置
することによって、単一倍率を得ることができる。最適
化されたシステムにおいて略単一倍率を得るためには、
光ファイバターゲットＴの前後軸18に対する光ファイバ
ターゲットＴの近位端20の光軸の傾斜角度ａは、放射源
とターゲット間の離間距離21が大きくなるに従って小さ
くさせるとよい。
楕円反射鏡M1の構造上の特性は、放射源とターゲット
間の離間距離、および用いられる放射源Ｓとターゲット
Ｔの種類に依存するので、用いられる特定の放射源Ｓお
よびターゲットＴに適合させるように設定される必要が
ある。楕円の構造に及ぼすターゲットのパラメータとし
ては、（ｋ）その寸法、（１）その形状、および（ｍ）
放射源とターゲット間の離間距離などが挙げられ、光フ
ァイバターゲットＴの場合は、さらに、（ｎ）その開口
数、（ｏ）その直径、および（ｐ）楕円の長軸８に対す
る光ファイバの近位端20における光軸16の傾斜角度ａな
どが挙げられる。楕円の構造に及ぼす放射源Ｓのパラメ
ータとしては、（ｋ）その寸法、強度曲線および輝度、
（ｌ）放射される光の有効立体角、（ｍ）放射源のガラ
ス球５によって生じる光収差、および（ｎ）ガラス球の
寸法などが挙げられる。
不完全球（実際には、非球面形状の場合が多い）のガ
ラス球５を有する光源Ｓの場合、光収差と非点収差は、
楕円を形成する第１断面と実質的に円を形成する第２断
面からなる特別に設計された「楕円」反射鏡M1を用いる
ことによって減少させることができる。この場合、光収
差や非点収差は、反射鏡M1の歪んだ楕円形状によって相
殺される。また、光学的な補正は、光学要素を反射鏡M1
とターゲットＴ間に挿入することによっても達成でき
る。この場合、挿入される光学要素には光学的皮膜又は
誘電皮膜が施されても、施されなくてもよい。さらに、
反射を促進させるために、又は、放射束を制御および／
又は濾過するために、研磨された後の反射鏡M1の内面に
光学的な処理が施されてもよい。
（３）ターゲット ターゲットＴは、電磁線が最大の束
密度で放射又は照射されるべき小さな対象物である。好
適な実施例において、略1mm以下の径を有する単一の光
ファイバが用いられる。光ファイバの性質（すなわち、
その径と開口数）は、放射源Ｓと主反射鏡M1からなるシ
ステムの光学的特性に適合しなければならない。放射線
の収束／伝達効率は、光ファイバの入力端に対して光学
的な処理を施すことによって向上又は制御することがで
きる。光ファイバから放出される光をさらに制御するた
めに、光ファイバの出力端に対して光学的処理を施すこ
ともできる。
ターゲットＴは、また、対称的あるいは非対称的に配
置された、類似のあるいは類似しない形状、寸法、材質
および開口数を有する光ファイバの群によって構成する
こともできる。各ファイバの近位端は、代表的には、フ
ァイバの前後軸と直交するように平面研磨される。しか
し、（ｋ）アークランプのような放射源Ｓの非対称なイ
メージおよびガラス球５のような放射源の密封体５によ
って生じる非点収差を補正するために、また、（ｌ）集
光システムに対する光ファイバの相対的な開口数を修正
するために、さらに、（ｍ）楕円の長軸８に対する光フ
ァイバターゲットＴの近位端における前後軸の傾斜角度
を調整するために、反射鏡M1の近位端はある角度だけ傾
斜して研磨されてもよい。
（４）逆反射鏡 逆反射鏡M2は、放射源Ｓからの放射線
を反射して再び放射源Ｓに戻し、放射線の逆転した強度
分布を元の放射源Ｓに重ねることによって、放射源Ｓの
輝度を効果的に向上させることができる。本発明の好適
な実施例において、逆反射鏡M2は、放射源Ｓに対して凹
形のトロイダル反射鏡の一部によって構成されている。
また、別の実施例において、逆反射鏡M2は、球面鏡の一
部によって構成されている。その最適な構造は、ターゲ
ットＴの寸法（および光ファイバターゲットの場合はそ
の開口数）に対する放射源の形状と寸法、および放射源
のガラス球５を用いることによって必要とされる非球面
補正の程度に依存する。なお、反射率を向上させるため
に、又は、放射束を制御、濾過および／又は減衰させる
ために、光学的皮膜を逆反射鏡M2の表面に施してもよ
い。放射源Ｓの構造によって必要とされる非球面補正は
変化し、トロイダル状の逆反射鏡M2が、放射源のガラス
球５によって生じる非点収差を補正するのに最も汎用性
が高い。
図４は、本発明の好適な第１実施例による、放射源
Ｓ、ターゲットＴ、および楕円反射鏡M1の配置を示して
いる。前述したように、放射源Ｓは、極めて小さく、F1
における単一の点Ｓとして表示されている。焦点F1の放
射源Ｓから放射された放射線は、反射鏡M1に入射し、焦
点F2にイメージを形成する。この焦点F2には、例えば、
光ファイバの収束面のようなターゲットＴが配置されて
いる。本実施例においては、F2におけるイメージ点とF1
における放射源Ｓは、反射鏡の光軸12から等距離であ
る。しかし、実際には、ターゲットの方位角ａが適切に
調整されていれば、前述のように、楕円反射鏡M1のどの
部分を、ターゲットＴに光を収束させるための有効反射
部Ｐとして選択してもよい。
放射源Ｓは、（図5aおよび図5bに示される）電気アー
クランプで代表されるように、ガラス球５によって密封
されてもよい。本システムの利点は、ガラス球５の直径
を考慮して放射源ＳとターゲットＴ間の実際の離間距離
21を維持するように、反射鏡M1の仕様を選択することが
可能な点にある。いったん、この放射源とターゲット間
の離間距離21が決定されると、短軸10の長さ（従って楕
円面の曲率）とターゲットの光軸14の方位角を、略単一
倍率が得られるように、選択することができる。あるい
は、ターゲットの受容円錐角16が放射源のガラス球５に
よって阻害されないように、最小の短軸10を選択し、か
つ単一倍率が得られるような方位角ａを選択することに
よって、光学システムの寸法を最小にすることができ
る。
図2aの従来技術と比較して、反射鏡M1の表面は、長軸
８と短軸10およびF1、F2の２つの焦点を有する楕円面の
一部であり、長軸８は反射鏡の光軸12に対してある角度
（０゜以上）だけ傾斜している。楕円面の曲率は、ター
ゲットにおける放射源の輝度を略単一倍率によって維持
しながらF2と反射鏡M1間の距離を最小にするように、選
択される。このシステムにおいて、ターゲットＴの所定
の受容円錐角16（立体角）に受容される放射線の束密度
を最大にするには、放射源Ｓの寸法がターゲットＴの寸
法と同じかそれよりも小さいことが必要である。これ
は、受容円錐角に受容される放射線の束密度を最大にす
るための最も好ましい倍率が同一寸法の放射源とターゲ
ットによる1:1倍率に限られることを示す輝度の法則「s
in（放射線の半立体角）×面積は一定）」に基づいてい
る。放射源Ｓの寸法が縮小されると（すなわち、１以下
の倍率にすると）、大きな角分布を有する小さな体積部
に放射線を収束させるので、ターゲットＴの受容円錐角
16における放射束の密度が小さくなる。ターゲットＴに
おけるイメージの角分布を狭くするように、放射源Ｓの
寸法を大きくすると、ターゲットを覆うようにしてイメ
ージが大きくなる。放射源Ｓより小さいか又は大きいタ
ーゲットＴの場合、ターゲットの寸法とターゲットの受
容円錐角16の各特性と共に輝度の法則を考慮に入れて、
最大の収束効果が達成されるように、楕円の曲率が選択
される。従って、従来システムに対する本発明の利点
は、（ｋ）単一倍率に近い倍率を維持してターゲットＴ
における放射源のイメージ収差を最小にし、（ｌ）ター
ゲットＴにおける放射束の密度とイメージ輝度を最大に
し、さらに（ｍ）収束効率と単一倍率を保持しながら、
放射源ＳとターゲットＴ間の離間距離21を最適化するこ
とができる点にある。
放射源Ｓの有効開口数は、放射源Ｓの種類とその構成
に依存する。電気アークランプは、交流で使用される場
合は対称的な形状の電極を有し、直流で使用される場合
は非対称的な形状の電極を有する。これらの電極は、放
射源の照射角を減少させる影を形成し、有効開口数を制
限する。さらに、非対称的な電極の場合、放射源Ｓから
放射される光の角分布が非対称になり、有効開口数とタ
ーゲットＴにおける電磁線の最適な収束に悪影響を与え
る。
好適な実施例において、反射鏡M1の有効開口数はター
ゲットＴの有効開口数と適合しているのが理想的な条件
である。反射鏡M1の反射角は、ターゲットＴの受容円錐
角16に受容されてターゲットＴに収束される反射光の立
体角によって規定される。光ファイバターゲットＴの受
容円錐角に対して大きな角度で入射された光は、光ファ
イバに十分収束されない。しかし、もし、光ファイバタ
ーゲットＴの開口数が十分に大きければ、高い開口数
（N.A）の反射鏡から反射された光をターゲットＴに収
束されることが可能である。ランプのガラス球による収
差が生じる実用的なシステムにおいて、前後軸18に対し
て90゜以外の角度で近位端20を切断することによって、
所定の方位角ａにおける光ファイバの有効開口数を改良
し、収束効率を５ないし10％向上させることができる。
本発明による図5aと図5bに示されたシステムの幾何学
的な構成は、米国特許第４、757、431号の図3aと図3bに
示されたシステムの幾何学的な構成と類似している。し
かし、収束される放射線の最大束密度は、反射鏡M1の表
面の特殊な形状が球面、トロイダル又は楕円のいずれで
あるかに依存する。楕円反射鏡M1（その焦点F2、F2）を
用いることによって、トロイダル状反射鏡又は球面鏡の
いずれと比較しても、ターゲットＴにおけるイメージの
歪みを少なくすることができる。従来技術の球面鏡にお
いて生じる最小錯乱円又はトロイダル反射鏡における最
小錯乱円（収束効率が改良されている）と比較して、本
発明においては、放射源ＳとターゲットＴを楕円の光軸
外に配置することによって生じる光収差以外は、歪みが
ほとんどない。実際には、反射鏡の表面形状は、放射源
とターゲット間の距離21、および放射源とターゲットの
特性に依存して選択される。放射源とターゲット間の距
離21が大きければ、大きな光学的補正が必要である。
米国特許第４、757、431号で説明したように、球面鏡
は、軸外反射鏡の曲率半径で割られた軸外離間距離21の
平方が放射源Ｓの大きさよりも小さいという制限があ
る。トロイダル反射鏡の場合、この制限は少なくなる
が、軸外放線源とターゲット間の離間距離が大きく、収
束効率を最大にすることができないという欠点がある。
本発明の楕円反射鏡の場合、この制限は可能な限り少な
くされ、第１、第２焦点F1、F2、短軸の長さおよび方位
角ａを、放射源とターゲット間の距離の変化に対応させ
て、トロイダル反射鏡と球面鏡のいずれにおけるよりも
収束効率を改善させるように、選択することができる。
図2aの従来技術で示されるように、この「軸上」楕円
反射鏡M1では、放射源Ｓ（第１焦点F1）とターゲットＴ
（第２焦点F2）間に十分な距離を取るために、イメージ
点（F2）は、放射源Ｓから非常に離れて形成される必要
がある。この離間距離は、イメージ倍率を１以上にし、
その結果、小さいターゲットに収束される放射線の束密
度を減少させる。従来技術の第２の欠点は、電極の影と
ランプの幾何学的形状によって、実質的にF2に収束され
る光の量が制限される点にある。さらに、従来技術にお
いては、ランプと組み合わせる反射鏡の幾何学的形状
は、より大きな、より高価な表面を必要とし、しかも、
それ自身ではガラス球による光収差を矯正するように改
良することが容易でない。しかし、本発明の構成におい
ては、イメージを、図2aに例示された構成と比較して実
質的に放射源に接近させることができる。さらに、本発
明の重要な利点は、イメージ倍率を有効範囲内で制御す
ることできるという点にある。短軸、イメージ位置、お
よび方位角ａ等を適切に選択することによって、最大の
収束効率を得ることが可能である。（収束効率は、ター
ゲットに実際に収束される光に対するターゲットに収束
可能な光である）。本発明における主な制限条件は、光
ファイバターゲットＴの有効収束角、すなわち開口数で
ある。
本発明による放射線を収束するシステムは、もし、
（ｋ）ターゲットＴの開口数と楕円反射鏡M1の有効開口
数が適合し、また、（ｌ）例えば、同じ寸法の放射源Ｓ
とターゲットＴを用いて単一倍率を確保することによっ
て、放射源Ｓの輝度がターゲットＴで保持されるなら、
所定のターゲットＴに収束される放射線の束密度を最大
にすることが可能である。どのような放射源Ｓとターゲ
ットＴに対しても、イメージの輝度を可能な限り大きく
してターゲットＴに対する結合を可能な限り大きくする
ように、楕円鏡M1を選択して、収束効率を最適化させる
ことができる。ターゲットと反射鏡の有効開口数が適合
していないシステムの場合、収束効率又はイメージ輝度
のいずれもが最大になるように最適化されていなくて
も、ターゲットＴに対する光の収束を最適化するように
条件を選択することができる。反射アダプタ又は結像ア
ダプタを用いて開口数の不適合を調整することも可能で
あるが、この場合は、イメージ寸法が輝度の法則に準じ
て相対的に大きくなる。しかし、放射線を収束させるタ
ーゲットＴとして多重化光ファイバを用いると、反射鏡
M1、放射源Ｓ、および、結像作用のない集光アダプタと
組み合わされた光ファイバターゲットＴの特性を選定す
るのに融通性が得られる。
光ファイバターゲットＴは、図４および図5aに示され
る結像点F2に配置される１つ以上の光ファイバによって
構成してもよい。Ｔ点に配置された一本の光ファイバ
（又は複数のファイバ）の１つの（又は複数の）近位端
20は、円形又は楕円の断面（以後、近位角と呼ぶ）を形
成するように切断されてもよい。近位角は、光ファイバ
の前後軸18の位置決めに依存して設定されるのが好まし
い。（同一の又は異なった光ファイバからなる）多重化
光ファイバが焦点F2に配置される場合、個々の光ファイ
バの近位角と直径は互いに異なっていてもよい。多重化
光ファイバからなるターゲットＴの個々の光ファイバの
開口数は、光学システムの結合効率が可能な限り大きく
なるように最適化されるべきであるが、それらは用途に
応じて変更されるとよい。同様に、多重化光ファイバか
らなるターゲットＴの各ファイバの端部に施される光学
的皮膜の種類もまた用途に応じて変更されるとよい。集
光アダプタを用いない場合にイメージ寸法と比較して光
ファイバターゲットＴの全体的な直径が大きいなら、タ
ーゲットＴに収束される放射線の束密度は集光アダプタ
を用いることによって大きくなる。この場合、アダプタ
は、イメージ寸法を大きくすることなく、ターゲットの
開口数より大きい開口数の放射線をターゲットの開口数
以下の開口数の放射線に変換させることができる。従っ
て、ターゲットの光学的特性を放射源Ｓ、楕円反射鏡M1
および集光アダプタと適合させることによって、多重化
光ファイバに収束される放射線の束密度を容易に最大化
させることができる。
所定の放射源Ｓと、特定の性質（例えば、光ファイバ
ターゲットＴの場合はその直径、形状、開口数）を有す
るターゲットＴに対して最適化された楕円反射鏡M1を含
む実用的なシステムにおいて、最適化されたターゲット
Ｔとは異なった寸法および開口数を有するターゲットＴ
を用いる場合は、反射鏡M1と放射源Ｓに対してF2のター
ゲットＴの位置を変化させる必要がある。結像点F2にお
ける「最適でない」ターゲットＴは、放射源Ｓの輝度に
依存する放射線の束密度が最も収束される部分に配置さ
れるべきである。アークランプまたは他の縦長の放射源
Ｓの場合、最適でない光ファイバターゲットＴに収束さ
れる光の強度曲線の一部はターゲットの寸法と開口数に
依存する。放射源Ｓよりもかなり小さいターゲットＴの
場合、ターゲットＴにおいて同じ束密度を生成する強度
曲線の部分が１つ以上存在するので、ターゲットＴを類
似の束密度が得られる各点の軌跡に配置させることが可
能である。
本発明の他の実施例において、図5a、5b、7a、7bに示
されるように、集光効率をさらに向上させるために、凹
型の「逆反射鏡」M2を放射源の後方に第１反射鏡M1と対
向するように配置してもよい。好ましくは、逆反射鏡M2
は、各放射源Ｓの不均一な形状を有するガラス球５によ
って生じる非点収差および光収差を補正するのに適した
トロイダル反射面を有するとよい。逆反射鏡M2の曲率半
径は、理想的には、放射源およびランプのガラス球の形
状に適合させるとよい。本システムにおいて、球状の逆
反射鏡M2を用いてもよいが、このような逆反射鏡M2は、
放射源のガラス球５の形状とガラス厚みの変動を補正す
るのにそれほど光学的な融通性がない。トロイダル状の
逆反射鏡は、直流アークランプの非対称なガラス球によ
る収差を補正し、さらに、球状の逆反射鏡M2と比較し
て、ターゲットに収束される放射束の全量を増すことが
できる。
図7aおよび図7bに示されるように、本発明の第２実施
例において、システムの構成要素は、巻貝状の内部空洞
52を有するハウジング30内に配置されている。詳しく
は、（図7aおよび図7bに示されるように）ハウジング30
を上側から見ると、放射源Ｓが空洞52の円部34の中心33
に位置している。好ましくは、内部空洞52を形成するハ
ウジング30の両側には、単一反射鏡が形成されている。
この単一反射鏡は、断面が円部34の内面部において放射
源Ｓの後方に配置された逆反射鏡部35、楕円内面38にお
いて放射源Ｓの前方に配置された有効楕円反射部Ｐ、お
よびハウジング30の放射線が集められる端部37に配置さ
れた窓36、を備えている。ハウジング30はプラスチッ
ク、セラミック、複合体、又は軽合金からなる頑丈な構
造体からなり、逆反射鏡部35と有効楕円反射部Ｐを取り
付けるための適当な固定部を有するか、又はハウジング
30それ自身に逆反射鏡部35と有効楕円反射部Ｐが形成さ
れてもよい。
図7bに示されるように、ハウンジグ30は、有効楕円部
Ｐの長軸８上に又は長軸８から傾いて配置されたアノー
ド40とカソード41を有するアークランプのような放射源
Ｓを離脱不能に固着するように改造されてもよい。ただ
し、アーク間隙はハウジングの円部34の中心33に配置さ
れる。この場合、輝度を最大にしてかつ発生するアーク
の立体角を最小にするために、ハウジング30は、上面と
下面を有し、完全に密封され、イオン化ガスで加圧さ
れ、かつ電極と嵌合させるとよい。又は、図7aに示され
るように、ハウジング30は、ハウジング30の上面に形成
された、円部34と同心の円形開口43内に挿入できるコン
セントに離脱可能に繋がれたランプ42が取り付けられる
ように改造することも可能である。いずれの場合も、ハ
ウジング30の放射線が集められる端部37の窓36は、結像
作用を有しない材料（すなわち、光学的水晶又はサファ
イア）、光学的レンズ、又は他の光学的要素からなる透
明な平面部（図7aを参照）、又は光ファイバターゲット
Ｔの脱着に適した平面部に形成された結像作用を有しな
い半球窓（図7bを参照）のいずれかによって構成され
る。透明な平面部が窓36として用いられた場合、焦点F2
の収束イメージがハウジング30の外部に存在するよう
に、その平面部は有効楕円反射部Ｐの長軸８に対して傾
いて配置される。このように、種々のターゲットＴを用
いることができるので、本発明はその応用面において融
通性が高い。窓が平面部に設置された結像作用を有しな
い半球状の窓36からなる場合、平面部は、有効楕円反射
部Ｐの長軸８に沿って配置されるのが好ましい。
図８に示される第３実施例において、略半球状のさら
に複合化された反射面M3が用いられる。この反射面M3
は、単一の光源Ｓからの光を２つの異なったターゲット
T1、T2に結像するために、共通側面45に沿って互いに結
合された第１、第２楕円反射部M3a、M3bを有している。
この、いわゆる「複合楕円反射鏡」M3は、２つの楕円反
射鏡M3a、M3bの結合によって構成されている。光源Ｓの
１つの半球から放射された光の半分が楕円反射面M3aに
よって第１ターゲットT1に収束され、残りの半分の光が
楕円反射面M3bによって第２焦点T2に収束される。楕円
反射面M3aは２つの焦点を有し、その１つに光源Ｓが配
置され、他の１つに第１ターゲットT1が配置されてい
る。同様に、楕円反射面M3bは２つの焦点を有し、その
１つに光源Ｓが配置され、他の１つに第２ターゲットT2
が配置されている。光源Ｓから放射された光は楕円反射
鏡M3によって収束され、ターゲットT1とT2に２つのイメ
ージを形成する。
なお、前記の実施例におけるのと同様に、トロイダル
状、球面状又は他の凹形非球面トロイダル状の逆反射鏡
M4を、収束される放射束の密度を増すために、光源Ｓの
背後に反射鏡M3の反対側に位置するように配置してもよ
い。図８に示されるように、逆反射鏡M4を用いることに
よって、光源Ｓから放射される光の全てを実質的にター
ゲットT1、T2に収束させることができる。この実施例の
利点は、設計における融通性にすぐれ、逆反射鏡M4を二
重ターゲットシステムに用いることができる、という点
にある。他の利点は、主要な軸外反射鏡M3と附帯的な逆
反射鏡M4を備える単品に一体化しなければならない特別
注文の個別反射鏡の数を減らすことができる点にある。
この反射鏡の数を減らすことによって、製造コスト、特
に鋳込部品に対する製造コストを最小にし、また組込と
位置合わせを必要とする部品の点数を減らすことによっ
てシステムの組み立てコストを最小にすることができ
る。しかし、複合反射鏡（楕円、トロイダル、又は球）
を、実用システムの配列によっては、２つのターゲット
（例えば、光ファイバ出力部）を有するシステムに用い
るために２つの分離された反射鏡として製作してもよ
い。複合反射鏡が単一の部品又は２つの部品のいずれに
よって構成されても、楕円、トロイダル又は球面状の複
合反射鏡と逆反射鏡M4からなる複合反射鏡を、それぞれ
が１つのターゲットに対応する巻貝形状を有する二重巻
貝構造を備える内部空洞からなるハウジング内に組み込
むことができる。
上記の楕円反射鏡を用いた本発明は、他の具体的な配
置および他のハウジングに実施されることも可能であ
り、また、本発明の精神と基本的な特徴から逸脱するこ
となく、楕円反射鏡の特殊な形態として他の反射鏡を用
いることも可能である。さらに、１つの楕円内面を有す
る単一の巻貝状の内部空洞からなる実施例は、楕円内面
がトロイダル状、球面状および非球面状の形状に変更さ
れた他の具体的な配置に対しても適応可能である。従っ
て、本発明は上記の単なる例示に過ぎない実施例によっ
て限定されず、むしろ添付の請求の範囲によって規定さ
れるべきであることが容易に理解される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベーカー・グレン・エス アメリカ合衆国、90066 カリフォルニ ア州、ロスアンゼルス、ソーテレ ブー ルバード 3540、アパートメント 308 (72)発明者 ブレナー・ダグラス・エム アメリカ合衆国、90067 カリフォルニ ア州、ロスアンゼルス、ケベック ドラ イブ 6346 (72)発明者 ピッシオーニ・ロバート・エル アメリカ合衆国、91360 カリフォルニ ア州、サウザント オークス、コーレ ピコス 1342 (56)参考文献 特開 平２−226606（ＪＰ，Ａ) 米国特許5222793（ＵＳ，Ａ) 米国特許1835745（ＵＳ，Ａ) 米国特許3886544（ＵＳ，Ａ) 米国特許4757431（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F21V 8/00 F21S 2/00

Claims (33)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】放射源を備え、反射鏡に集められて、ター
    ゲットに収束されるシステムにおいて、 前記反射鏡は、前記ターゲットと前記放射源の両方に対
    して凹形に湾曲してその一部に放射源から放射された放
    射線をターゲットの受容円錐角に収束させる有効楕円反
    射部を備える楕円面部を有し、前記有効楕円反射部は前
    記楕円面部の楕円曲率によって規定される第１、第２焦
    点が配置された長軸を有し、 前記放射源は、実質的に全方向に放射し前記放射源のイ
    メージを前記有効楕円反射部の第２焦点に実質的に収束
    させるように、前記有効楕円反射部の第１焦点に近接し
    て配置され、 前記ターゲットは、前記有効楕円反射部によって集めら
    れて実質的に方向が変化された放射線を受容するように
    第２焦点に近接して配置された光ファイバであり、かつ
    前記ターゲットは前記有効楕円反射部の長軸からずれた
    光軸を有し、 前記反射鏡の形状と光ファイバの方位とが近似的に放射
    源を増幅しないで、かつ光ファイバの入口開口において
    実質的に放射束の密度が最大となるように選択されてな
    ることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】前記有効楕円反射部は、実質的に円形状の
    第１断面と実質的に非円形楕円状の第２断面を備えるこ
    とを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】前記放射源はガラス球を有するランプから
    なり、前記有効楕円反射部の第１、第２断面の形状はラ
    ンプのガラス球によって生じる収束されたイメージの光
    収差を補正するような形状であることを特徴とする請求
    項２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】前記放射源はガラス球を有するランプから
    なり、ランプのガラス球によって生じる収束されたイメ
    ージの光収差を補正するために、補正光学装置が前記有
    効楕円反射部と前記ターゲット間に配置されることを特
    徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 【請求項５】前記有効楕円反射部は、前記反射鏡の前記
    楕円面部の全体からなることを特徴とする請求項１に記
    載のシステム。
  6. 【請求項６】光ファイバの入口開口の光軸が、光軸と楕
    円反射面との交点から延出している法線が放射源と光フ
    ァイバの入口開口との間に延出しているベクトルを二分
    するように位置決めされていることを特徴とする請求項
    １に記載のシステム。
  7. 【請求項７】前記放射源は、交流アークランプ、直流ア
    ークランプ、およびガス放電ランプからなる群から選択
    される１つの光源からなることを特徴とする請求項１に
    記載のシステム。
  8. 【請求項８】前記放射源から放射される放射線は、パル
    ス放射線、連続波放射線、干渉性放射線、非干渉性放射
    線、単色放射線、広域放射線、狭域放射線からなる群か
    ら選択される放射線からなることを特徴とする請求項１
    に記載のシステム。
  9. 【請求項９】前記光ファイバ、および前後軸に対して90
    ゜以外の角度だけ傾いて切断された近位端を有すること
    を特徴とする請求項１に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】前記放射源から放射された放射線を前記
    放射源を通過させて前記有効楕円反射部に反射させるた
    めに、前記放射源に関して前記反射鏡の前記有効楕円反
    射部と実質的に反対側に配置された後部反射鏡をさらに
    備え、前記後部反射鏡は、略トロイダル状、略球面状お
    よび非球面トロイダル状からなる群から選択される形状
    の一部からなる、前記放射源に対する凹面を有すること
    を特徴とする請求項１に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】前記後部反射鏡および前記有効楕円反射
    部の表面は、放射束を制御するための光学的な処理を施
    されることを特徴とする請求項10に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】少なくとも１つの略巻貝状の空洞を形成
    する内面を両側に有するハウジングをさらに備え、その
    巻貝状の空洞の一部は、前記反射鏡の前記楕円面部を形
    成する第１楕円内面と前記後部反射鏡を形成する第２円
    弧内面によって画成されることを特徴とする請求項10に
    記載のシステム。
  13. 【請求項１３】前記ハウジングは、密封部を形成するた
    めに、前記ハウジングの両側に固着された上部と底部を
    さらに備えることを特徴とする請求項12に記載のシステ
    ム。
  14. 【請求項１４】前記第１楕円内面に配置される前記有効
    楕円反射部と前記第２円弧内面に配置される前記後部反
    射鏡は、前記第１楕円内面の第１焦点が前記第２円弧内
    面の原点の略一致するために互いに配列されることを特
    徴とする請求項12に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】前記ハウジングにおいて、前記第１楕円
    内面の前記有効楕円反射部の片側は前記第２円弧内面の
    前記後部反射鏡の片側と結合され、前記ハウジングの内
    面に沿って配置される１つの連続反射鏡を形成すること
    を特徴とする請求項14に記載のシステム。
  16. 【請求項１６】前記ハウジングは、前記ハウジング内か
    らターゲットに至る放射線の通路として、前記ハウジン
    グの放射線を集める端部に配置された窓をさらに備え、
    近位端を有する光ファイバからなることを特徴とする請
    求項12に記載のシステム。
  17. 【請求項１７】前記窓、前記後部反射鏡、および前記有
    効楕円反射部の表面は、放射束を制御するために、少な
    くとも１つの光学的処理を施されることを特徴とする請
    求項16に記載のシステム。
  18. 【請求項１８】前記窓は、前記ハウジングにおける放射
    線を集める端部において前記有効楕円反射部の長軸に沿
    って配置された平面部からなり、前記平面部は、透明な
    結像作用を有しない光学要素および透明な結像作用を有
    する光学要素からなる群から選択される１つの要素によ
    って形成されることを特徴とする請求項16に記載のシス
    テム。
  19. 【請求項１９】前記窓は、透明な結像作用を有しない半
    球窓が内部に形成された平面部からなり、前記半球窓
    は、その中心が前記有効楕円反射部の第２焦点に置かれ
    ていることを特徴とする請求項16に記載のシステム。
  20. 【請求項２０】放射源を備え、その放射源から放射され
    た放射線が、少なくとも第１、第２ターゲットに収束さ
    れるシステムであって、前記システムは、第１反射鏡と
    第２反射鏡を備え、 前記第１反射鏡は、前記第１ターゲットと前記放射源の
    両方に対して凹形に湾曲してその一部に放射源から放射
    された放射線を前記第１ターゲットの受容円錐角に収束
    させる第１有効楕円反射部を備える第１楕円面部を有
    し、前記第１有効楕円反射部は前記第１楕円面部の楕円
    曲率によって規定される第１、第２焦点が配置され、 前記第２反射鏡は、前記第２ターゲットと前記放射源の
    両方に対して凹形に湾曲してその一部に放射源から放射
    された放射線を前記第２ターゲットの受容円錐角に収束
    させる第２有効楕円反射部を備える第２楕円面部を有
    し、前記第２有効楕円反射部は前記第２楕円面部の楕円
    曲率によって規定される第１、第２焦点が配置された長
    軸およびその長軸と一致しない光軸を有し、 前記第１、第２反射鏡は、前記第１有効楕円反射部の前
    記第１焦点が前記第２有効楕円反射部の前記第１焦点と
    略一致するように互いに角度をずらして配置され、前記
    放射源は、前記放射源のイメージを前記第１、第２有効
    楕円反射部の各第２焦点に実質的に収束させるように、
    前記第１、第２有効楕円反射部の略一致する前記第１焦
    点に近接して配置され、 前記第１ターゲットは、前記第１有効楕円反射部によっ
    て集められて実質的に方向が変化された放射線を受容す
    るように、前記第１有効楕円反射部の第２焦点に近接し
    て配置され、 前記第２ターゲットは、前記第２有効楕円反射部によっ
    て集められて実質的に方向が変化された放射線を受容す
    るように、前記第２有効楕円反射部の第２焦点に近接し
    て配置された光ファイバであり、 前記第１、第２ターゲットは各々前記第１、第２有効楕
    円反射部の各長軸から夫々ずれた光軸を有し、かつ前記
    反射鏡の形状と光ファイバの方位とが近似的に放射源を
    増幅しないで、かつ光ファイバの入口開口において実質
    的に放射束の密度が最大となるように選択されてなるこ
    とを特徴とするシステム。
  21. 【請求項２１】前記第１、第２ターゲットは、それぞ
    れ、前記第１、第２ターゲットにおいて前記放射源の輝
    度を保持するように、前記第１、第２有効楕円反射部の
    各長軸に対して０度より大きい角度だけ傾斜して配置さ
    れることを特徴とする請求項20に記載のシステム。
  22. 【請求項２２】前記第１有効楕円反射部は、前記第１反
    射鏡の楕円面部の全体からなり、前記第２有効楕円反射
    部は、前記第２反射鏡の楕円面部の全体からなることを
    特徴とする請求項20に記載のシステム。
  23. 【請求項２３】前記第１、第２反射鏡は連続しているこ
    とを特徴とする請求項20に記載のシステム。
  24. 【請求項２４】前記第１、第２反射鏡は、単一の部材か
    らなることを特徴とする請求項20に記載のシステム。
  25. 【請求項２５】前記第１、第２楕円反射部は、それぞ
    れ、略円形状の第１断面と略楕円状の第２断面を備える
    ことを特徴とする請求項20に記載のシステム。
  26. 【請求項２６】前記放射源はガラス球を有するランプか
    らなり、前記第１、第２有効楕円反射部の各々の前記第
    １、第２断面形状はランプのガラス球によって生じる収
    束されたイメージの光収差を補正するような形状である
    ことを特徴とする請求項25に記載のシステム。
  27. 【請求項２７】前記放射源はガラス球を有するランプか
    らなり、ランプのガラス球によって前記第１、第２ター
    ゲットの各々に生じる収束されたイメージの光収差を補
    正するために、第１補正光学装置が前記第１有効楕円反
    射部と前記第１ターゲット間に、そして、第２補正光学
    装置が前記第２有効楕円反射部と前記第２ターゲット間
    に配置されることを特徴とする請求項20に記載のシステ
    ム。
  28. 【請求項２８】光ファイバの入口開口の光軸が、各光軸
    と各楕円反射面との交点から延出している法線が各放射
    源と光ファイバの各入口開口との間に延出しているベク
    トルを二分するように位置決めされていることを特徴と
    する請求項20に記載のシステム。
  29. 【請求項２９】前記放射源は、交流アークランプ、直流
    アークランプ、ガス放電ランプ、およびフィラメントラ
    ンプからなる群から選択される１つの光源からなること
    を特徴とする請求項20に記載のシステム。
  30. 【請求項３０】前記放射源から放射される放射線は、パ
    ルス放射線、連続波放射線、干渉性放射線、非干渉性放
    射線、単色放射線、広域放射線、狭域放射線からなる群
    から選択される放射線からなることを特徴とする請求項
    20に記載のシステム。
  31. 【請求項３１】前記第１、第２ターゲットの各々は、前
    後軸と直交する角度で切断された近位端を有する前後軸
    に対して90゜以外の角度だけ傾いて切断された近位端を
    有する少なくとも１つの光ファイバからなる群から選択
    されることを特徴とする請求項20に記載のシステム。
  32. 【請求項３２】前記放射源から放射された放射線を前記
    放射源を通過させて前記第１、第２有効楕円反射部の少
    なくとも１つに反射させるために、前記放射源に対して
    実質的に反対側で前記第１、第２有効楕円反射部から等
    距離の点に配置された１つの後部反射鏡をさらに備え、
    前記後部反射鏡は、略トロイダル状、略球面状および非
    球面トロイダル状からなる群から選択される形状の一部
    からなる、前記放射源に対する凹面を有することを特徴
    とする請求項20に記載のシステム。
  33. 【請求項３３】前記後部反射鏡、および前記第１、第２
    有効楕円反射部の表面は、放射束を制御するための光学
    的処理を施されることを特徴とする請求項32に記載のシ
    ステム。
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