JPH09508491A - 軸上式凹面鏡を用いる集光・収束用光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、放射線源の片側に配置された第１反射鏡と放射線源の反対側に配置されたターゲットを有する、放射線の集光・集束システムからなる。第１反射鏡は凹状反射面部を備え、好ましくは、その凹状反射面部は反射鏡の全面からなるとよい。第１反射鏡の凹面部は、略トロイダル面からなるのが好ましく、光軸とその光軸に沿って配置された第１曲率中心を有している。電磁線源は、光軸上に、凹面部に向かって曲率中心から第１距離だけ軸方向にずれて略配置されている。単一の光ファイバまたは光ファイバ束のようなターゲットは、凹面部によって反射された源からの電磁放射線が実質的に集束されて結像されるように、光軸上に、凹面部から離れる方向に曲率中心から第２距離だけ軸方向にずれて略配置されている。この構成において、第１、第２距離は、（１−zs/r1）×（１−zi／r1）＝１の式を近似的に満たす。ただし、zsは第１距離、ziは第２距離、r1はトロイダル反射鏡が収差の部分的な補償に用いられるときの第１反射鏡のトロイダル反射面部の第１曲率半径である。また、別の実施態様として、集光量をさらに向上させるために、第１反射鏡と対向してかつ電磁線源の背後に第２反射鏡を設けてもよい。さらに別の実施態様として、本システムはさらに、第１、第２反射鏡を形成する内面を有する側部を備えるハウジングによって構成されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 軸上式凹面鏡を用いる集光・収束用光学システム 発明の分野 本発明は、電磁放射線を集光・収束するためのシステムに関し、さらに詳細に は、光ファイバの端末のような小ターゲットを高強度に照射するためのシステム に関する。 発明の背景 電磁線を集光・収束するための従来の構造においては、等方的に放射する単一 点源から可能な限りの光を集光してその光の向きを変化させる点が重要視されて いる。従って、放射線束を小スポットサイズに収束させる能力は、これらの構造 においては犠牲にされている。このような構造を用いて、小スポットサイズに放 射線を収束させようとすると、その小スポットへの放射線束か少なくなる。何故 なら、従来の構造の特徴（すなわち、可能な限りの光を集光してその光の向きを 変化させる特徴）は、通常の非コヒーレントな光源から生じる光の束を最小のス ポットサイズに収束させる目的とは合致しないからである。従って、放射線束の 密度が減少するという犠牲を払ってのみ、小スポットサイズの結像が得られる。 一般的に用いられる集光・収束用光学システムには、２つの基本的な構造が知 られている。第１の構造は、図１に例示されたような集光レンズを用いるシステ ムである。しかし、集光レンズは、色収差や球面収差を生成し、そのための高価 な補正用光学系か必要となり、また、各レンズ間の位置合わせが困難であり、さ らに大きな設置空間を必要とするなど、種々の問題がある。図２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る。しかし、この楕円反射鏡は、 高価であり、また、結像の倍率が不可避的に拡大されてその結像における光束の 密度が減少するなどの問題がある。これら２つのシステム（図１および図２を参 照）は、前述したように、単一点源から可能な限りの光を集光してその光の向き を変化させる点を重要視している。従って、そのようなシステムは、スポットサ イズへの収束とそのスポットにおける光束の密度の両方を最適化することは困難 であ る。 図１に例示されたシステムの変形例がフランス特許第1383413号に開示されて いる。このシステムの構成によれば、曲率中心と光軸を有する球面鏡が、フィラ メント光源からの光を光ガイドに集光・収束させるのに用いられる。光源は鏡の 曲率中心に配置されて、光は、球面鏡と対向する側の点に配置だれた光ガイドに 集束される。また、第１球面鏡の反対側に第２球面鏡を配置して、光を光源に戻 してから第１反射鏡に集束させることによって、性能を向上させることができる 。第２反射鏡の中心に設けられた穴に光ガイドを光軸に沿って配置することによ って、反射された電磁放射線をその光ガイドに集光させることができる。また、 フランス特許第1383413号には、図２に示されるような構成を有する第１楕円鏡 を使用した例が記載されている。ただし、図２の例と異なって、フランス特許第 1383413号の例では、光源が配置された曲率中心を有しかつ第1楕円鏡の第１、第 ２焦点間に配置された第２球面鏡が、光ガイドへの集光量を向上させるために用 いられている。また、光ガイドは、第１楕円鏡の第２焦点に光軸に沿って配置さ れ、光ガイドに光を集束させるために、第２反射鏡に穴が設けられている。 米国特許第4、757、431号は、その開示内容は本明細書にも引例されているが、 ターゲットにおける放射線束の密度を増すために軸外式球面反射鏡を用いる、集 光・収束システムの改良例が記載されている。図３に示されるように、この従来 技術の軸外式システムは、反射鏡の光軸から横方向に変位された光源と、その光 源に対して光軸を中心として略対称的な位置に配置されたターゲットを有してい る。しかし、このようなシステムは、光源とターゲットの「軸外に変位された関 係」がもたらす欠点を有している。例えば、その軸外の変位方向と平行に現れる 非点収差、およびこの軸外に配置された光源とターゲットの距離を最小化させる ためのこのシステムに固有の物理的な制約などである。非点収差は、システムの 収束効率を減少させ、ターゲットに集光される光束の密度を減少させる。また、 非点歪曲を最少化させるために光源とターゲット間の軸外距離を最小化させる必 要性があるために、このようなシステムにおける光源とターゲットの物理的な寸 法が制限される。 従って、本発明の目的は、特定の位置に配置された電磁線源から放射されて小 さな光学的ターゲットに収束される光の集光量を増すことができる軸上式光学シ ステムを提供することにある。 また、本発明の他の目的は、放射線源と、第１反射鏡と、光学的ターゲットを 備え、放射線源と光学的ターゲットが第１反射鏡の光軸上に直線的に互いにずれ て配置されるような軸上式光学システムを提供することにある。 さらに、本発明の他の目的は、軸外式システムに固有の非点収差と物理的制約 をなくすことができる軸上式光学システムを提供することにある。 発明の要約 これらのおよび他の目的を達成するために、本発明による集光・収束システム は、電磁線源の片側に配置された第１反射鏡とその電磁線源の反対側に配置され たターゲットを有することを特徴とする。前記第１反射鏡は、好ましくは前記反 射鏡の全面からなる、凹状反射面部を備えるとよい。 前記第１反射鏡の前記凹面部は、好ましくは略トロイダル面からなり、光軸と その光軸に沿って配置された第１曲率中心を有するとよい。前記電磁線源は、略 光軸上に、前記トロイダル面部に向かって前記第１曲率中心から第１距離だけ軸 方向にずれて配置されるとよい。単一の光ファイバまたは光ファイバ束からなる ターゲットは、前記トロイダル面部から反射された前記源のイメージが実質的に 収束されるように、略光軸上に、前記トロイダル面部から離れる方向に前記第１ 曲率中心から第２距離だけ軸方向にすれて配置されるとよい。 このような構成において、前記第１および第２距離は、式（１−zs／r）×（ １−zi／r）＝１（ただし、zsは第１距離、ziは第２距離、rは第１反射鏡の球状 反射面部の曲率半径を示す）を近似的に満たすように設定されるのが好ましい。 一実施例において、集光量をさらに増すために、好ましくは前記源に対して凹 状の面を有する第２反射鏡か、前記第１反射鏡の反対側で前記源の背後に設けら れるとよい。光ファイバからなる前記ターゲットに光を集束させるために、前記 第２反射鏡は、第１反射鏡の光軸上に形成された小さい中心穴を備えているとよ い。 他の実施例において、本システムはさらに、前記第１反射鏡と前記第２反射鏡 を 形成する内面を備える側部を有するハウジングから構成されてもよい。この場合 、前記第１反射鏡と前記第２反射鏡は互いに一体化されて前記ハウジングの内面 の周囲に配置された連続反射鏡を形成するとよい。さらに、前記ハウジングは、 前記側部に取り付けられた上面と下面を備え、ガスで充満される密封容器を形成 するように構成されるとよい。この実施例において、前記ハウジングの集光端に 窓が設けられ、前記ハウジング内から、前記窓に隣接してまたは前記窓から離れ て配置された光ファイバからなる前記ターゲットの集光端に光を収束させるよう に構成されてもよい。 簡単な図面の説明 図１は、従来技術の集光レンズの概略図である。 図２は、従来技術の楕円反射鏡システムの概略図であり、光源が仮想楕円（反 射鏡がその一部を構成している）の第１焦点に配置され、ターゲットがその第２ 焦点に配置されている。 図３は、球面鏡を用いる従来技術の軸外式光学システムのＹ−Ｚ面を示す概略 図である。 図４は、第１、第２反射鏡を別要素として有する本発明の一実施例のＸ−Ｚ面 を示す概略図である。 図５は、第１、第２反射鏡を別要素として有する本発明の実施例のＹ−Ｚ面を 示す概略図である。 図６は、集光端に平面窓を有するハウジング内において第１、第２反射鏡を単 一の連続反射鏡として備える、本発明の他の実施例のＸ−Ｚ面を示す概略図であ る。 図７は、半球状窓を有するハウジング内において第１、第２反射鏡を単一の連 続反射鏡として備える、本発明の他の実施例のＸ−Ｚ面を示す概略図である。 発明の詳細な説明 以下の説明において、本発明が完全に理解されるために、具体的な番号、寸法 、光学的要素などが詳細に示されるが、それらは単なる例示であって、本発明は そ れらに限定されるものではない。以下の具体例とは異なった方法で、本発明が実 施できることは当業者にとっては自明のことである。なお、公知の装置および技 術の詳細な説明は、それらによって本発明の説明が曖昧になるのを避けるために 省略する。 図４ないし図７に示されるように、本発明による集光・収束用光学システムは 少なくとも以下の３つの主要素から構成されている。 (1) 源（電磁放射線の光学的点源）：本発明において、点源Sは拡がり角の小 さい小形の電磁線源Ｓであればよい。代表的には、このような源Ｓの線形拡がり 角は0.1ラジアン未満である。例えば、代表的な源Ｓは、凹面鏡の前方に略５ｃ ｍの距離だけ離間されて配置された略１ｍｍのアーク間隙を有する電気的アーク ランプから構成されるとよい。また、好適な実施例として、源Ｓは１ｍｍのアー ク長さを有して非球面のガラス外囲器に収容された小形のキセノンアークランプ であってもよい。さらに、放射線が源から外部に伝達されれば、セラミックのよ うな他の外囲器も用いられる。例えば、各端部に窓を備える円筒状外囲器であれ ば、源Ｓから放射線を外部に伝達することができる。一般的に、交流アークラン プ、直流アークランプ、ガス放電ランプ、フィラメントランプおよび光照射ダイ オードのような、ターゲットの寸法に対して小さい電磁線源Ｓを用いることがで きる。さらに、特定の源Ｓから放射される放射線として、パルス放射線、連続波 放射線、コヒーレント放射線、非コヒーレント放射線、単色放射線、広域放射線 および狭域放射線を用いることができる。 (2) 第１反射鏡：第１反射鏡Ｍ1は、源Ｓからの電磁放射線をターゲットに集 束させる。図４に示されるように、第１反射鏡Ｍ1は、源Ｓに対して凹状の凹状 反射面部Ｐを備えている。好適な実施例によれば、反射面部Ｐは、第１反射鏡Ｍ 1の全面から構成される。図４を参照して、本発明の光学システムは、凹状反射 面部Ｐの曲率中心が原点Ｏに配置されてその光軸がＺ軸と一致するように、直交 座標軸、ｘ、ｙ、ｚ軸を有する空間座標に配置される。 凹状反射面部Ｐとして、回転楕円、放物面、楕円など多くの幾何学的形状が実 施可能であるが、本発明においては、略トロイダル状反射面部Ｐが好ましく用い られている。図４、５に示されるように、略トロイダル状反射面部Ｐは、ｘ−ｚ 面 において第１曲率半径r1（図４において、ｘ−ｚ面におけるトロイダル反射鏡Ｍ 1の曲率中心は原点Ｏと一致している）およびｙ−ｚ面において第２曲率半径r2 （図５において、ｘ−ｚ面におけるトロイダル反射鏡Ｍ1の曲率中心は点c2に配 置されている）を有している。なお、トロイダル反射鏡Ｍ1の光軸はｚ軸と一致 している。第１半径r1は、集光された放射線の結像点が源Ｓの反対側にくるよう に選択され、第２半径r2は、レンズとして作用する源Ｓのガラス外囲器ｇによっ て生じる光収差を減少させるように選択される。 r2をr1と一致させない理由は、ｙ−ｚ面における結像点をｘ−ｚ面における結 像点と一致させて特定の外囲器ｇのレンズ作用によって生じる放射線間のずれを 減少させるためである。いかなる光収差も生成しないような外囲器の場合、また は外囲器そのものが存在しない場合、第１半径r1は第２半径r2と等しくなるよう に選択され、この場合、第１反射面部Ｐは球面になる。いかなる場合においても 略球面鏡を用いることが可能であるが、直流アークランプのような光源を密封す る湾曲した外囲器ｇは楕円収差を生じ、このような楕円収差は光補償を必要とす る。 正確な光補正は、原理的に、収差を数値的に補償できるように反射鏡の面を矯 正することによってのみ得られる。そして、このような矯正された面は、球面か らかなり歪んだ非球面である。具体的なシステムにおいて、収差はｘ−ｚ面より もｙ−ｚ面において大きく、その結果、２つの面における放射線の焦点は互いに わずかずれている。略式ではあるが実用面で有用な１つの解決策は、ｙ−ｚ面の r2とその値と等しくないｘ−ｚ面のr1を有するトロイダル面を用いる方法であり 、これによって、部分的な補正が可能となり、光収差および他の光学的な欠陥を 減少させることができる。トロイダル反射鏡の第２半径r2を調整することによっ て、結像の歪みを減少させ、２つの面において結像点を重ねることが可能になり 、集光効率を向上させることができる。そして、結果的に、球面鏡と比較して、 システムの収束性を改善して光ファイバのような小ターゲットに非常に多くの光 を集光させることができる。 さらに、実用的な観点から、トロイダル面部又は球面部Ｐは、第１の使用例の 場合（ハウジングを用いない場合）はガラスと空気の界面、第２の使用例の場合 はハ ウジング材料とガラスの界面、のいずれかに研磨又は反射性皮膜材料（例えば、 アルミめっき）の被覆などの光学的処理が施されるとよい。 (3) ターゲット：ターゲットＴは、可能な限り高い密度で電磁放射線が放射さ れるべき小対象物である。好適な実施例において、ターゲットＴは略0.1ｍｍ径 の単一光ファイバｆからなる。しかし、ターゲットＴは、長軸と直交する角度で 研磨された集光端を有する１つ以上の光ファイバｆおよび長軸と直交しない角度 で研磨された集光端を有する１つ以上の光ファイバｆからなる群から選択される ターゲットＴであってもよい。 図３は、前記の米国特許第4、757、431号で示唆されている「軸外式」球面鏡を 用いた従来の光学システムを示している。球面鏡Ｍは、その鏡Ｍの曲率中心に配 置された原点Ｏを有する座標系のｚ軸をなす光軸を有している。源Ｓは、原点か ら距離yoだけ離間されてｙ軸に配置されている。源Ｓからの光線は鏡Ｍによって 反射され、光軸ｚの下方に距離yoだけ離間された位置の近傍に収束されて源Ｓの 実像Ｉを形成する。 しかし、軸外式光学システムは、軸外変位の方向と平行に発生する非点収差、 および軸外距離yoを最小化させるための物理的な制約というこのシステムに固有 の欠点がある。非点収差は、ターゲットＴへの結像点Ｉの適切な集束およびター ゲットＴへの単位倍率での結像を損なう。さらに、このような非点収差はシステ ムの集光効率を低下させてターゲットＴにおける放射線束の密度を減少させる。 また、非点収差を最小化させるために源ＳとターゲットＴ間の軸外距離yoを減少 させる必要があるため、このようなシステムに用いられる源ＳとターゲットＴの 物理的な寸法が限定される。 それと比較して、本発明の軸上式システムは、従来の軸外式システムにおける 軸外距離yoによって生じる非点収差をなくすことができるので、前記の問題を解 決することができる。従って、本発明によれば、原理的に、ターゲットＴに単位 倍率で実質的に集束された結像点Ｉを得ることができる。なお、本発明のシステ ムの物理的な寸法は、源Ｓの寸法によってのみ限定され、その源Ｓの寸法は第１ 反射鏡Ｍ1の曲率によってのみ限定される。 図４ないし図７に示されるように、本発明の座標系は、原点Ｏが第１凹面鏡Ｍ 1 の曲率中心に配置されてｚ軸が反射鏡Ｍ1の光軸と一致するように、定義される 。しかし、好適な実施例において、反射鏡Ｍ1は、ｘ−ｚ面において座標系の原 点Ｏと一致する第１曲率中心を有する第１曲率半径r1を備える略トロイダル面で あってもよい。第２曲率半径r2は、ｙ−ｚ面において点c2に配置される第２曲率 中心を有している。図４を特に参照して、源Ｓは反射鏡Ｍ1の光軸ｚ上に配置さ れ第１曲率中心Ｏから第１距離zsだけ変位している。従って、点源Ｓの配置は、 座標（０、０、zs）で定義される（ただし、zs＞０）。同様に、源Ｓの結像点Ｉ は第１反射鏡Ｍ1の光軸ｚ上に、第１曲率中心Ｏから第２距離ziだけ変位してい る。従って、結像点Ｉの配置は座標系（０、０、zi）で定義される（ただし、zi ＜０）。そして、第１、第２距離zsとziは、以下の式をほぼ満足する。 （１−zs／r1）×（１−zi／r1）＝１ 前述したように、本発明の好適な実施例では、源Ｓとしてアークランプを用い ている。このようなランプは一般的に図３、４、５、６で参照番号ｇで示される 円筒状のガラス外囲器を有している。図４を参照して、第１距離zsは、結像点Ｉ が第１反射鏡Ｍ1の反対側でかつガラス外囲器のちょうど外側に位置するように 、選択されるのが好ましい。このような構成において、結像点Ｉにおけるスポッ トサイズの倍率は、以下の式で与えられる。 ｍ＝（１−zi／r1）×（１−zs／r1） この式で、zs＞０、zi＜０の場合、ｍ＞１となる。結像点Ｉから見た場合の第 １反射鏡Ｍ1の開口率（ＮＡ）は、源Ｓから見た場合の倍率ｍで割られた開口率 と等しい。単位倍率を得ることは不可能ではあるが、このシステムは、ziとzsを 最小化することが可能であり、それによって、倍率を最小化することができる。 本発明を具体的に実施すると、光収差が、レンズとして作用する光源の容器、 代表的には非球面ガラス外囲器ｇによって生成される。光収差の大きさは、ガラ ス外囲器ｇの形状と均一さに依存する。光収差の完全な補償は、反射鏡Ｍ1の輪 郭を極めて球面から歪曲された非球面になるように数値的に調整することによっ てのみ得られる。しかし、光収差の補償は、第１反射面として、ランプ外囲器の レンズ効果を補償するように選択された第２半径r2を有するトロイダル状凹面鏡 を選択することによって部分的に達成される。この点で、第１トロイダル反射鏡 Ｍ1は、光収差を補償できない球面鏡よりも好ましい。 本発明は、フランス特許第1383413号とは、源Ｓの配置が球面鏡の曲率中心と 一致しないという点で異なっている。好適な実施例においては、トロイダル状の 第１反射鏡Ｍ1はランプ外囲器ｇ又は容器によって生じる光収差を部分的に補償 する。もし、容器が存在しないか、源Ｓと反射鏡が同じ容器に密封されているな ら、トロイダル反射鏡の第１、第２半径r1、r2は等しいので、本システムの反射 鏡は球面鏡であってもよい。 本発明において、集光効率が減少する主な原因は、源Ｓがフィラメント、対電 極または他の形態のいずれであっても、その源Ｓそれ自身によって生成されるシ ャドウ効果にある。本発明は、従来技術よりもすぐれた結像作用を有するが、放 射線をターゲットに伝達する効率が低い。しかし、そのような集光効率は、第２ 反射鏡Ｍ2を第１反射鏡の反対側でかつ源Ｓの背後に設けることで向上させるこ とができる。第２反射鏡の曲率中心は、点源Ｓと一致させる。さらに、第２反射 鏡Ｍ2には、第１反射鏡Ｍ1の光軸上に小さい中心穴ｈが設けられ、ファイバｆの 集光端ｃのようなターゲットＴがその穴を貫通して結像点Ｉに位置される。好ま しくは、第２反射鏡Ｍ2は源Ｓに対して凹状の略球状反射面を有するとよい。ま た、第２反射鏡の反射面は、略トロイダル面または非球面トロイダル面からなる 面から構成されるとよい。なお、第２反射鏡Ｍ2の反射面は、放射線束を制御す るための光処理を施されてもよい。 図６、７に示される本発明の他の実施例によれば、システムはさらに第１反射 鏡Ｍ1と第２反射鏡Ｍ2を構成する内面８を有する側部７を備えるハウジング５か ら構成される。この場合、第１、第２反射鏡Ｍ1、Ｍ2（すなわち、それら反射鏡 の反射面）は互いに一体化され、ハウジング５の内面８の周囲にわたって配置さ れる連続反射鏡９を形成するとよい。ハウジングは、広範囲な材料群の一種から 形成することができるが、ガラス、パイレックス、石英などのセラミックによっ て形成されるのが好ましい。さらに、ハウジング５はそのハウジング５の側部７ に取り付けられた上面と下面を備え、ガスで充満される密封容器を形成するとよ い。このように、ハウジング５はイオン化ガスで加圧され、生成されるアークの 輝度が最も大きく拡がり角が最も小さくなるように選択されたアークランプＳの 電極と嵌 合される。 ハウジング５内から光ファイバｆの集光端ｃに光を集束させるために、窓Ｗが ハウジング５の集光端Ｅに設けることができる。従って、ファイバｆの集光端ｃ は窓Ｗに隣接してまたは窓Ｗから離れて配置されればよい。窓Ｗは、実質的に透 明な非結像性光要素または実質的に透明な結像性光要素（図６を参照）からなる 平面Ｐ、あるいは、平面Ｐ内に形成された結像点Ｉを中心とする透明な非結像性 の半球状窓Ｊを有する平面Ｐ（図７を参照）から構成されるとよい。また、窓Ｗ は、放射線束を制御するための光処理を施されてもよい。 前記の発明は、開示内容の精神またはその基本的な特性から逸脱することなく 、配置構造およびハウジングの形態を変更して実施することが可能である。従っ て、本発明は、前記の詳細な例示によって限定されるのではなく、添付の請求の 範囲によって限定されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 27/00 7625−2Ｋ Ｇ０２Ｂ 27/00 Ｖ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ブレナー・ダグラス・エム アメリカ合衆国、90024 カリフォルニア 州、ロスアンゼルス、マルコム アベニュ ー 733 (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 【要約の続き】 に、第１反射鏡と対向してかつ電磁線源の背後に第２反 射鏡を設けてもよい。さらに別の実施態様として、本シ ステムはさらに、第１、第２反射鏡を形成する内面を有 する側部を備えるハウジングによって構成されてもよ い。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電磁放射線を集光・収束するためのシステムにおいて、 光軸とその光軸に沿って配置される第１曲率中心を有する凹状反射面部を備え る第１反射鏡と、 前記光軸上に、前記凹面部の前記第１曲率中心から第１距離だけ前記凹面部に 向かって軸方向にずれて略配置された電磁放射線の源と、 前記光軸上に、前記凹面部の前記第１曲率中心から第２距離だけ前記凹面部か ら離れるように軸方向にずれて略配置され、前記凹面部によって反射された前記 源からの電磁放射線が実質的に集束されて結像されるターゲットとから構成され ることを特徴とするシステム。 ２．請求項１に記載のシステムにおいて、前記の第１および第２距離が以下の式 、 （１−zs／r1）×（１−zi／r1）＝１ （ただし、zsは第１距離、ziは第２距離、r1は第１反射鏡の凹状反射面部の第１ 曲率半径を示す） を近似的に満たすことを特徴とするシステム。 ３．請求項１に記載のシステムにおいて、前記凹面部は、略放物面、略楕円面、 略トロイダル面および略非球面の１つからなることを特徴とするシステム。 ４．請求項１に記載のシステムにおいて、前記凹面部は、第１面において前記第 １曲率中心とそれに対応する第１曲率半径を有しかつ前記第１面と直交する第２ 面において第２曲率中心とそれに対応する第２曲率半径を有するトロイダル面部 を形成する略トロイダル面からなり、 前記第１面において光線によって生成される第１結像点を前記第２面内におい て光線によって生成される第２結像点と一致させることによって、前記源を包囲 する特定の外囲器によって生じる光収差を減少させるために、前記第１曲率半径 を前記第２曲率半径と異ならせることを特徴とするシステム。 ５．請求項１に記載のシステムにおいて、前記凹面部は、前記第１反射鏡の全面 からなることを特徴とするシステム。 ６．請求項１に記載のシステムにおいて、電磁放射線の前記源は、交流アークラ ンプ、直流アークランプ、ガス放電ランプ、フィラメントランプ、光照射ダイオ ー ドおよび半導体からなる群から選択される一つの光源からなることを特徴とする システム。 ７．請求項１に記載のシステムにおいて、前記源によって放射される放射線は、 パルス放射線、連続波放射線、コヒーレント放射線、非コヒーレント放射線、単 色放射線、広域放射線、狭域放射線、およびパルス放射線、連続波放射線、コヒ ーレント放射線、非コヒーレント放射線、単色放射線、広域放射線、狭域放射線 の任意の組合せからなる群から選択された放射線からなることを特徴とするシス テム。 ８．請求項１に記載のシステムにおいて、前記ターゲットは、長軸と直交する角 度で切断された近位端を有する少なくとも１つの光ファイバおよび長軸と直交し ない角度で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 ら選択された一つのターゲットからなることを特徴とするシステム。 ９．請求項１に記載のシステムにおいて、放射線の前記源は外囲器を有するラン プからなり、前記ランプの前記外囲器によって生じる実質的に集束された結像に おける光収差を補償するために、補正光学系が、前記第１反射鏡の前記凹面部と 前記源間の第１位置と前記源と前記ターゲット間の第２位置からなる群から選択 された位置に配置されることを特徴とするシステム。 10．請求項１に記載のシステムにおいて、前記システムが、前記源から放射され た放射線を前記源に戻して前記第１反射鏡の前記凹面部に反射するために、前記 源に関して前記第１反射鏡の前記凹面部と実質的に対向して配置される第２反射 鏡をさらに備えることを特徴とするシステム。 11．請求項10に記載のシステムにおいて、前記第２反射鏡は、略トロイダル面、 略球面および略非球面からなる群から選択された面部からなる、前記源に対して 凹状の反射面を有することを特徴とするシステム。 12．請求項11に記載のシステムにおいて、前記第１反射鏡と前記第２反射鏡の各 反射面は、放射線束を制御するための少なくとも１つの光学的処理を施されるこ とを特徴とするシステム。 13．請求項10に記載のシステムにおいて、前記ターゲットは前記第１反射鏡の前 記凹面部から反射された放射線を受容するための集光端を有する光ファイバから なり、前記第２反射鏡は前記光ファイバの前記集光端が貫通する光軸上に沿った 開口を有する面を備えることを特徴とするシステム。 14．請求項10に記載のシステムにおいて、前記システムはさらに、前記第１反射 鏡と前記第２反射鏡を構成する内面を有する側部を備えるハウジングからなるこ とを特徴とするシステム。 15．請求項14に記載のシステムにおいて、前記ハウジングは、前記ハウジングの 前記側部に取り付けられた上面と下面をさらに備え、加圧ガスで充満される密封 容器を形成することを特徴とするシステム。 16．請求項14に記載のシステムにおいて、前記第１および第２反射鏡は互いに一 体化されて前記ハウジングの前記内面にわたって連続反射鏡を形成することを特 徴とするシステム。 17．請求項14に記載のシステムにおいて、前記ハウジングはさらに、前記ハウジ ングの集光端に配置された窓を備え、前記ハウジング内から、前記窓に隣接して 配置された集光端を有する第１光ファイバおよび前記窓から離れて配置された集 光端を有する第２光ファイバからなる群から選択された光ファイバの近位端に、 放射線を収束させることを特徴とするシステム。 18．請求項17に記載のシステムにおいて、前記窓は、略透明な非結像性光学要素 と略透明な結像性光学要素からなる群から選択される材料によって形成される平 面からなることを特徴とするシステム。 19．請求項17に記載のシステムにおいて、前記窓は透明な非結像性半球状窓を内 部に有する平面からなり、前記半球状窓は前記第１反射鏡の前記球面部から反射 されて実質的に集束される結像を中心としてその回りに配置されることを特徴と するシステム。 20．請求項17に記載のシステムにおいて、前記窓は、放射線束を制御するための 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システム。