JPH10505426A - High efficiency compact lighting system - Google Patents

High efficiency compact lighting system

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JPH10505426A
JPH10505426A JP9503808A JP50380897A JPH10505426A JP H10505426 A JPH10505426 A JP H10505426A JP 9503808 A JP9503808 A JP 9503808A JP 50380897 A JP50380897 A JP 50380897A JP H10505426 A JPH10505426 A JP H10505426A
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クリストフアー・シー アレクセイ,
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クリストフアー・シー アレクセイ,
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Abstract

(57)【要約】 2個の凹の反射鏡(24、26)及び非結像反射器(14)を使用し、より有効にエネルギー(光)を集めるための改良された照明システムが明らかにされる。新規な分光分析器における本システムの使用も明らかにされる。 Abstract: An improved illumination system using two concave mirrors (24, 26) and a non-imaging reflector (14) to more efficiently collect energy (light) is apparent. Is done. The use of the system in a novel spectroscopic analyzer is also demonstrated.

Description

【発明の詳細な説明】 高効率小型照明システム発明の分野 本発明は、効率的な光源をを必要とする広範囲の計器、例えば米国特願第08 /224655号に開示された分光分析器に使用するための照明システムに関す る。特に、本発明は、光源からのエネルギーを非常に効率的な方法で非結像(n on−imaging)反射器の入力開口に結像する照明システムに関する。発明の背景 フィリップス特許として以下引用される米国特許第4956459号は、光源 、光源からの光を実質的に全部集めるように位置決めされた1対の凹面鏡、及び 実質的に全部の光を集めこれをある制御された方法で向け直すように位置決めさ れた入力開口を有する非結像光学系を備えた照明システムを明らかにする。 第2の凹面鏡は、フィリップス特許に明らかにされるように、直線的形状が拒 まれるような形状である。第2の凹面反射器は光源から離れた点に光源の像を形 成しているため、凹面鏡の曲率中心と光源とは、最良の場合に同一面にあること ができる。かかる配列は次の諸理由より不利である。(1)この配列は大きな包 装体(外囲)の組込みを必要とする。(2)この配列は大きな費用を伴う機構の より高度の複雑性が要求される。そして、(3)共通の中心線から離れるため、 この配列はアライメント誤差に対してより大きな感応性を示す。小さい発散角の 照明ビームを作る能力、即ち、非結像光学系の直接の機能は、幾つかの要因によ り、入力開口に入る光の角度を出口開口を通って出る際のより小さな角度に 変えることである。一般に、非結像光学系に入ってくる発散角が大きくなると、 非結像光学系から出ていく角度が大きくなる。従来技術の照明システムは、開口 に入ってくるときの非結像光学系の中心線に対して90°という大きな角度を作 る。比較して、本発明の配列の対象物は最大の発散角の場合で、約65°で非結 像光学系に入ることができ、従って、従来技術のデザインよりもエネルギーの集 中がより効果的である。 更に、フィリップス特許に明らかにされたデザインの総ての球状のものは非結 像光学系の入口開口におけるエネルギー分布を非対象にする。加えて、(2番目 の凹面反射器を光源及び画像に対して最小の変位、従って最小の収差で位置決め する)フィリップス特許に開示されたデザインの総ての球状版の製作は極めて困 難であった。 従来技術のシステムよりもエネルギーの集中がより効率的な照明システムを提 供することが本発明の目的である。 別の目的は、従来技術より発散角のより小さい照明ビームを提供することであ る。 アライメント誤差に比較的鈍感なシステムを提供することも本発明の目的であ る。 本発明の更なる目的は、従来デザインと比較して外囲寸法が最小であり、かつ 機構の複雑性が対応した製作費用の低減と共に減少するシステムを提供すること である。 更に別の目的は、限定するものではないが顕微鏡、スライド投影器、外科用器 械、分光計、角膜計、及び内視鏡を含む光源を使用する多種の器械、特に高効率 及び小さな寸法の改良された分光分析器用の光源に使用する照明システムを提供 することである。 かかる分光分析器は気体、固体及び液体の試料との使用に適している。試料の 多種の成分を同時に分析するために使用でき、また拡散及び固体の鏡面反射の測 定に適している。発明の概要 これらの目的は、光源、第1の半球状空間内の光源からの光を集め光源から離 れた点において光源の第1の像を作るために集められた光を反射し又は結像する ように位置決めされた第1の凹の反射面又は凹面鏡、第2の半空間の光を集める ために第1の凹面鏡の境界外の光源からの光を集める第2の凹の反射面又は凹面 鏡であって、第2の凹面鏡が第2の半空間の光を反射し又は結像して光源に直近 の点に光源の第2の像を作り、第1の凹面鏡が第2の凹面鏡で集められた光を反 射し又は再結像して第1の像が作られた遠隔点において光源の第3の像を提供す る第2の凹の反射面又は凹面鏡、及び光源の第1及び第3の像からの光の実質的 に全部を受け取るように位置決めされた入力開口を有する非結像反射器を備えた 照明システムにより達成される。 即ち、これら諸目的は高効率的な小型照明システムにより達成される。第1の 凹面鏡は、光源から離れた位置に光源の第1の像を作る形式のものである。第2 の凹の反射面は、第1の凹面鏡の境界を越えた光を集めことを含み、かつ光源に 直近の点で光源の像を作る。第2の凹面鏡の手段により再び画像化されたこの光 を集め、そして光源から離れた点に光源の第3の像を作ることも第1の凹の反射 面の機能である。非結像光学素子の入力開口は、2個の凹面反射鏡により作られ た第1及び第3の像の形式の光の実質的に全部を集めるように位置決めされ、更 にその出口開口から放射される光の発散角を小さくし制限するように操作される 。 好ましい実施例によれば、第1及び第2の凹面鏡は、第1及び第3の像が非結 像光学系の入力開口により受け入れられるようなプロファイルにされる。この実 施例は、光源位置にある第1の焦点、及び光源からある距離に置かれ均一化素子 又は非結像光学系の入口開口に相当する第2の焦点を有する楕円状の凹面反射器 のような第1の凹面鏡を持つ。第2の凹面鏡が、その曲率中心が光源位置の直近 に置かれる形式の、好ましくは球状の形式を持つ。最も好ましいシステムにおい ては、光源、凹面鏡の曲率中心、非結像光学系、及び総ての像は共通線上にある 。 この照明システムの重要な用途は、分光分析器の高効率集光器などである。こ のため、分光分析器は、第1の凹面反射部分及びこれと向かい合いかつ貫通出口 通路を有する第2の凹面反射部分を備える。所定の波長範囲の光を放射する光源 は、放射光が前記反射部分により集められそして前記出口通路に向けられるよう に前記集光器内に位置決めされる。試料ホルダーは、集光器の出口通路に隣接し て置かれかつ入口端と出口端とを持つ。 試料ホルダーの出口端に細長い逆(reverse)非結像光学素子の入口端 がある。この光学素子は、光線がこれを通過するときに光学素子の光学軸に関す る光線の角度を小さくするためにホルダーの出口窓を通って入ってくる光線を反 射する周囲壁を持つ。光学素子の出口端には検知器組立体があり、これは、所定 波長の光に対して感応する少なくも1個の光検知器、及び光学素子と検知器との 間に置かれ前記所定波長の光を通過させる少なくも1個のフィルターを持つ。 集光器の第1の部分は凹の球面又は楕円面であることが有利である。 非結像光学素子は複合双曲面形状であるが、これを略円錐、非球面、 及びスプラインから選定した形状とすることもできる。 試料ホルダーの窓は、ある周波数を濾波し、又は所定波長範囲の周波数を通過 させる。検知器組立体は、フィルターと光検知器との間に集光器を備える。検知 器組立体には、異なった波長範囲の光線に感応するように共同作用している光検 知器及び共同作用しているフィルターを複数設けることができる。 試料ホルダーは、気体を入れる筒状の部材であり、又は半透明な固定試料を支 持する手段を有し、又は試料の表面をホルダーの長手方向軸線に対してある角度 で置くための手段を備える。試料ホルダーは、半透明の固体の光ガイドであって 、その周囲に置かれた試料との界面において僅かなスペクトルエネルギー吸収を 許す前記光ガイドとすることもできる。 希望するならば、試料ホルダー内に通過する光線をパルス化するためにチョッ パーを設けることができる。赤外波長の光線が一般に好ましいが、紫外線及び可 視光線も使用できる。 使用時には、光源に電力が供給され、光線が放射され、これが集められ集光器 から出口開口に、更に分析すべき試料の入った試料ホルダー内に反射される。試 料は光線と相互作用してその成分のスペクトル表示を提供する。 次いで、光線は細長い非結像光学素子を通過し、これに入るときの光線の光学 素子の光学軸に関する角度が小さくされる。次に、この光学素子から出ていく光 線は光検知器に当たり試料の成分を示す信号を作り、光検知器からのこれらの信 号が分析される。 好ましくは、光学素子から出ていく光線は光検知器に当たるより前に フィルターを通るように向けられ、また光学素子から出ていく光線は光検知器よ り前に光コンセントレーターに向けられる。図面の簡単な説明 図1は本発明を具体化した気体及び液体用の分光分析器の部分的に線図化した 図面である。 図2は図1の分析器の分解図である。 図3は通過光線の軌跡を示す集光器、ガスセル及び放物面集光器の図式的な図 面である。 図4a及び4bは光検知器上をたたく光線を集めるために検知器組立体用の光 線集中器の線図的な部分図である。 図5a−5dは本発明に利用し得る非結像光学素子の異なった形状の線図的な 図面である。 図6a−6cは使用し得る試料ホルダーの別の形式の線図的な図面である。 図7は放物面状及び球状の反射面を有する集光器の線図的な図面である。 図8は通過光線の軌跡を示している光源、凹面鏡、均一用素子、及び非結像光 学系の線図的な図面である。好ましい実施例の詳細な説明 まず、図1及び2を参照すれば、これには本発明の照明システムを具体化して いる分析器が線図的に図示される。これは、通常、全体を番号10で示される光 源と集光器、全体を番号12で示される試料ホルダー、全体を番号14により示 される非結像用光学素子、及び全体を番号16により示される検知器組立体を備 える。また、全体を番号18で指示さ れたチョッパー組立体も示される。 集光器10は、通常、それぞれ球状の凹面24及び対向している球状面26の 設けられた1対のブロック20及び22より構成される。ブロック22には同軸 の対向開口28が設けられる。光源で作られた光線が面24、26より反射され 開口28に向けられるように光源30がブロック20に同軸に配置される。光源 又は発光器30はケーブル32により電源(図示せず)に接続される。 チョッパー組立体18は継手36を有する駆動モーター34を備え、この継手 は、開口28を横切って伸びるチョッパーブレード40が取り付けられた駆動軸 38に回転運動を伝える。電力はケーブル35を経てモーター34に供給される 。 この実施例の試料ホルダー12は気体又は液体がこれを通過するようにされ、 かつ内部に同軸の凹所42を有するブロックを備える。入口ポート44及び出口 ポート46は分析すべき気体又は液体の通過を許し、かつ各端部の窓47、48 は気体又は液体を内部に保持する。 光線は、ホルダー12内の試料を通過した後で、窓48を通って出て非結像光 学素子14内に入る。光線は、ここを通過するとき、通路50の光学軸に関して より小さい角度で出るように、即ち、光学軸のより近くに移動するように通路5 0を定めている壁面で反射される。 光線は、光学素子14を出ると検知器組立体16内に通過し、ここでフィルタ ー52を通過し光検知器54に入射し、濾波された光線の強さが測定される。導 線55を経てコンピューター56に信号が出力され、光の強度が判断され、分析 されている成分の濃度が決められる。 より特別に図2に示されるように、整列した凹所58内に座るピン又 はダボ57により連結され そして接着、摩擦又は止めネジにより固定された数 個のブロック及び筒により使い易い組立体が提供される。チョッパーモーター3 4のフランジがネジ固定具60によりブロック20に固定される。着脱自在な端 部キャップ62が固定具64によりブロック66に固定され、このブロックは検 知器組立体16のハウジングを提供する。この組立体全体が取付け台68に支持 され、この取付け台は適宜適切な支持部(図示せず)に固定することができる。 次に図3を参照すれば、光源30により放射された光線が面24、26により 反射され出口開口28に至る光線の軌跡が図式的に示される。この出口開口は窓 28(図1参照)に、従って試料ホルダー12内に伸びる。光線はその面から反 射され、ここを通過し、更にホルダー12から出るまで、ここに入れられている 試料を通過し、そして非結像光学素子14内に通過する。光線は、素子14を通 る通路を定めている面で反射され、従って光線はこの組立体の光学軸72に関し て比較的小さな角度で出ていく。 本質的ではないが、本装置の有効性は、光検知器52上に光線を指向させるよ うに検知器組立体16内に光ガイド又は集光器を備えることにより、これを増加 させることができる。図4a及び4bに見られるように、検知器ハウジング70 は、出口端部が光検知器52に揃えられた収束通路72を複数(1個だけが図示 される)組み入れることができる。 光線の軌跡により示される通過光線の角度を減らすための非結像光学素子の形 状の幾つかが図5a−5dに線図的に示される。図5a及び5bは別の球面形式 であり、図5cは円錐面を示し、そして図5dはスプライン面の使用を示す。 図6a−6cに見られるように、試料ホルダーは分析される材料の形式及び光 線に及ぼす試料の作用の性質、例えば吸収、反射及び減衰に応じた多くの構造を 持つことができる。 図1及び2に示された実施例は、光線が試料を通って伝達されかつ一般に液体 及び気体と共に使用される試料ホルダーを示す。図6aは不透明な固体用の試料 ホルダー80を示し、これはV字形の光ガイド81を有し、材料の表面から光線 が反射されるように、その頂点において試料82を支持する。図6cは、光ガイ ド86が液体試料90の入った筒88を通って伸び、光ガイド86の表面におい て減衰が行われる試料ホルダー84を示す。 前述のように非結像光学素子から出てくる光線は、光検知器と組み合わせられ これと共同作用するフィルターを通過することが望ましい。これらフィルターは 、検知器により測定される波長帯域に応じて狭い波長範囲の光のみにその通過を 許し、又は狭い範囲の光を選択的に取り除くことができる。 光線は、光学系による指向のためフィルターに対して直角に近い角度に向けら れ、分光用フィルターは試料と相互作用した後の光エネルギーを分析するように より効果的に機能できる。フィルターは、典型的には、特定の波長帯域幅に対し てフィルターの通過を許しその他のエネルギーは、これを拒絶するように設計さ れる。従って、フィルターが区画内の試料の吸収帯によく適合する帯域幅を持っ ているならば、これらは特定の材料の波長を意味する光エネルギーの欠如をシス テムに警告できるであろう。これにより、その吸収のため試料区画内の既知の材 料の存在を確認できる。 分光分析器は、その効率性と小型のため、広範囲の種々の気体に対する容易か つ経済的な大気の監視を可能とする小型の電池式ガス検知器として作ることがで きる。構成要素は、これを容易かつ比較的経済的に作ることができ、従って使用 者の費用は、大きくて重く実際に携帯式ではない現存の装置と比較して比較的小 さい。図5dに見られるように非結像光学素子及び検知器組立体のような2個の 構成要素を組み合わせることができる。 システムの集光及び指向の特性は高度に効率的であり、そして構成要素はモジ ュラーの製造及び3個の主要構成要素(光源/集光器、試料ホルダー、エネルギ ーコレクター/再指向装置)を多くの形状に組み立てることを許す。システムの 集光及び指向の効率は、気体の分析、流体の分析、蛍光分析、及び一般に試料/ 光エネルギーの相互作用の手段によりスペクトル情報を得るいかなる用途にも産 業的に応用することができる。 更に、この高効率組立体の結果として、各が異なった成分の異なった波長表示 の光を監視する一連の異なった光検知器及びこれと共同作用するフィルターを提 供することにより、試料の4種又はそれ以上の異なった成分を監視することがで きる。 集光器においては、2個の反射面がその間に置かれた発光器と共同作用する。 上述の光学システムにおいては、構成要素は最大の立体角放射効率を許すように 配列される。 集光用シェルの焦点と全形状との関係がその集光効率を決定する。光学シェル の第1の半分体の頂点は光源の中心点の後方に置かれる。この特定部分は2種の 一般形状の一方とすることができる。第1は単純な球 である。球の半径は、試料ホルダーへの窓に光源の像を作るように選択される。 第1のブロック20部分の形状の別の選択は、図7に見られる楕円面100で ある。この場合は、楕円はD1に一方の焦点を、そしてD2の他方の焦点を持つ 。球の代わりに楕円を使用する利点は、この方法で球を使用するときに遭遇する 球面収差のような収差の減少である。しかし、試料成分からボケ直径が得られる 限り収差は無視される。非球面(楕円又は収差の補正ができるように変形を加え た楕円)を利用する主な欠点は、これに伴う高い製造費用である。 集光器の第2の部分は、常に球状とすべきである。この球面鏡はその曲率中心 を発光器の中心と同軸に位置決めされる。かかる配列の結果、図3に見られるよ うに、第1のシェル半分体の受光範囲外のエネルギーの全部が第2のシェル半分 体より反射され第1のシェル半分体の方に戻り、この第1のシェル半分体により 、エネルギーの試料ホルダー内への焦点合わせが可能となる。 図1に示された実施例においては、発光器は、660−800℃で作動してい る加熱線と同等の赤外線(IR)エネルギー源とすることができいる。これは2 −15ミクロンの広帯域のIR放射を与え、反射面によりIRエネルギーの狭い ビームに集められる。図3に見られるように、NA(開口数)1.0+までのミ ラーセグメントによる有限光源からの光の集まりが試料ホルダーの入口開口内に 焦点を合わせられる。集光効率は、1.0+NAの条件を越えている角度からの エネルギーを第1のミラーセグメントの焦点に向かって再指向させる第2の凹面 集光素子の付加により1.0+NAを越えて増加させられる。そこで、第1のセ グ メントはこのエネルギーを再び集めてこれを試料ホルダーの入口開口に向けるこ とができる。このため、この集光光学系は発光器からのエネルギーを確実に高比 率で集める。 試料は、入射光エネルギーをその分子物理特性に関する情報で符号化するであ ろう。公知のように、特定のスペクトル特性の光エネルギーは試料成分により影 響され、従って、試料ホルダーに由来する光エネルギーは、その試料の分子的性 質を示す情報を担うであろう。 試料ホルダー用の窓は、対象の光の波長帯域幅内にある光エネルギーを伝達し 得る材料を使うことが望ましい。例えば、赤外線検知装置用の窓は弗化バリウム が含まれるであろう。この材料は分析対象領域における吸収なしでIRエネルギ ーを伝達するその能力のため選定される。 前述のように、非結像光学素子は、その長さを入射光が移動するときに入射光 の角度を小さくさせる形状のものである。これら光学系の概念は、より小さな角 度で受け入れられた光の角度に対するタンジェントを定める点の集積として描く ことができる。 光学系の角度方向決定の結果として、非結像光学素子から出てくる光線と光フ ィルター・光検知器への垂線との間の垂直方向の角度が増加する。比較的小さな 選定波長範囲の伝達ができるように狭い波長帯域の光学フィルターが設計される 。これは、伝達材料の異なった層の積重ねにより達成することができる。フィル ター面を、その面に対して直角から離れた角度でたたくエネルギーは、特定のフ ィルター層を通る斜めの通路に定められた媒体内の通路長を有するであろう。こ の角度が大きくなると誤差が大きくなる。フィルターは、媒体におけるある通路 長を作る波長の伝達を許す。フィルターへの入射角がより大きくより短い波長の エネルギーは、フィルターにとっては適正な通路長を有する波長のように見える であろう。「青方遷移」として知られるこの現象は、より低い角度の(より青い )波長がなぜここを通過できるかを説明する。従って、非結像光学素子は固有誤 差を小さくする。「非結像」光学系のための典型的な公式は、これをAcademic P ressより出版のWelfordとWinstonによる「非結像コンセントレーターの光学(Th e Optics of Non-Imaging concentrators)」に見いだすことができる。 図8に関して、光源30から放射された光線を示す光線軌跡が第1の凹面鏡2 4と第2の凹面鏡26とで「選択的」均一化用素子12に反射されることが図式 的に示される。光線は、実質的に総ての光を集めるように位置決めされた非結像 光学素子14内に通過する。光線は素子14を通る通路を定めている面から反射 され、図4a及び4bに示されたシステムの光学軸72に関して比較的浅い角度 で出ていく。 図8に示されるように、光源30からの光は第1の凹面鏡24で反射し、「選 択的」光ガイド12への入口において第1の像91を作る。第2の凹面鏡26は 、光源30からの光で第1の凹面鏡の境界外のものを集め、光源30の直近の第 2の像92を作る。第1の凹面鏡24は、第2の凹面鏡26で集められた光を結 像し、光ガイド12内で第1の像91の直近に第3の像93を作る。複合放物集 光器となし得る非結像反射器14は、開口94を通して像91と93とを受け取 り、その長さに沿ってこれらの像の光を集める。このシステムは光源30からの 光を4ステラジアンまで集める。 本発明の照明システムは以下の用途に使用できる。 スライド投影器、テレビ投影装置、顕微鏡照明器、全形式の「検査用」 ランプ、赤外線・可視光線・紫外線フィルター、NIR分光計、ラマン分光計、 蛍光分光計、屈折計、干渉計、一般車両用灯火器、航空機用HUD、ドラン・イ エナ光ファイバー照明、オトスコープ、シュリーレンシステム装置、サーチライ ト、及び一般クラスレーザー共振器。 特に、本発明の照明システムは容易に以下を提供するようにされる。 1.FTIR(フーリエ変換IR)分光システム用の強化赤外線信号供給シス テム。FTIR分光計ベンチに対して、本システムは分析に利用可能なかなり増 強された大きさの信号を提供し、従って運転用のより低温の光源を可能とさせる 。FTIR顕微鏡用の遠隔式エネルギー源として及び遠隔式のIR照明源を必要 とする試験システムにおける照明システムの小型、高効率な設計は明らかな利益 を提供する。 2.照明用の光ファイバー内にかなり多くのエネルギーを送り込む侵入型の光 ファイバー式の内視鏡/ボアスコープにおいて、白色光源(例えばハロゲン光源 )からの光を集めるため、及びこの光を顕微鏡試料上に指向させるための全反射 、低価格のシステムとして作用する可視顕微鏡用の一般可視照明源、及び保安シ ステム、フラッシュライト及び投光照明灯型のシステムのための白色光照明源。 本発明の照明システムは、照明用の限定量の電磁エネルギーが利用可能ないか なる用途にも(例えば、紫外線蛍光)有用である。 更に、本システムは、全く逆に、標本にほとんど360°からエネルギーを供 給するように強化された能力を有するシステムを作るために使用することができ る。 このシステムは発散角度の小さい照明ビーム作る能力を持つ。非結像光学系の 直接の機能は、幾つかの要因により、入力開口に入る光の角度 を出口開口から出るときにより小さい角度に変換させることである。一般に、非 結像光学系に入るときの発散の角度が大きくなると非結像光学系を出るときの角 度も大きくなる。 従来技術の照明システムは、開口に入るとき、非結像光学系の中心線に対して 90°という大きな角度を作る。これと比較して、本発明システムの形状は、最 大発散の光線でも約65°で非結像光学系に入ることができる。即ち、従来技術 の設計よりもエネルギー集中がより効率的である。 発散角度、アライメントに対する感応度、大きさ、及び費用は効果的な照明シ ステムの生産における主要な関心事であるため、本発明のシステムは、光源から 放射している光を全部で4ステラジアン(立体角)について集め、このエネルギ ーを通常の光学システムの作動を著しく改良した大きさに発散角度を減少させる 方法で指向させる。 以上の詳細な説明及び付属図面より、本発明の照明システムを使用した分光分 析器は容易かつ経済的に製作でき、高効率であり、更に実験室用又は工業用の装 置のように使用できることに加えて多くの現場用のポータブル装置を提供するに 十分に小型かつ軽量であることが分かる。この分析器は、交換の容易なホルダー 手段により気体、固体及び液体の試料に使用でき、かつその効率的なことにより 、試料内の複数の成分の同時分析を可能とするために複数の光検知器に複数のビ ームを提供するように試料ホルダーを横切って光ビームを分割することができる 。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention is used in a wide range of instruments requiring an efficient light source, such as the spectroscopic analyzer disclosed in US patent application Ser. No. 08 / 224,655. Lighting system. In particular, the invention relates to an illumination system for imaging energy from a light source in a very efficient manner at the input aperture of a non-imaging reflector. BACKGROUND OF THE INVENTION U.S. Pat. No. 4,956,459, hereinafter referred to as the Philips patent, discloses a light source, a pair of concave mirrors positioned to collect substantially all of the light from the light source, and a device that collects substantially all of the light. Illustrates an illumination system with non-imaging optics having an input aperture positioned to redirect in a controlled manner. The second concave mirror is shaped such that a linear shape is rejected, as revealed in the Philips patent. Since the second concave reflector forms the image of the light source at a point distant from the light source, the center of curvature of the concave mirror and the light source can at best be on the same plane. Such an arrangement is disadvantageous for the following reasons. (1) This arrangement requires the incorporation of a large package (surround). (2) This arrangement requires a higher degree of complexity of the mechanism with higher costs. And (3) this arrangement shows greater sensitivity to alignment errors because it is away from the common center line. The ability to produce a small divergence angle illumination beam, i.e., the direct function of the non-imaging optics, changes the angle of light entering the input aperture to a smaller angle as it exits through the exit aperture due to several factors. That is. Generally, as the divergence angle entering the non-imaging optical system increases, the angle exiting the non-imaging optical system increases. Prior art illumination systems make a large angle of 90 ° to the center line of the non-imaging optics as it enters the aperture. In comparison, the objects of the arrangement of the present invention can enter the non-imaging optics at about 65 ° at the maximum divergence angle, and therefore have a more efficient energy concentration than prior art designs. It is. In addition, all the spheres of the design disclosed in the Philips patent make the energy distribution at the entrance aperture of the non-imaging optics asymmetric. In addition, the fabrication of all spherical versions of the design disclosed in the Philips patent (positioning the second concave reflector with minimal displacement, and thus minimal aberration, with respect to the light source and image) was extremely difficult. . It is an object of the present invention to provide a lighting system that has a more efficient energy concentration than prior art systems. Another object is to provide an illumination beam with a smaller divergence angle than the prior art. It is also an object of the present invention to provide a system that is relatively insensitive to alignment errors. It is a further object of the present invention to provide a system that has a minimum perimeter dimension as compared to conventional designs, and the complexity of the mechanism is reduced with a corresponding reduction in manufacturing costs. Yet another object is to provide a variety of instruments using light sources including, but not limited to, microscopes, slide projectors, surgical instruments, spectrometers, keratometers, and endoscopes, especially with high efficiency and small size improvements The present invention provides an illumination system for use in a light source for a spectroscopic analyzer. Such spectrometers are suitable for use with gas, solid and liquid samples. It can be used to analyze various components of a sample simultaneously, and is suitable for measuring diffuse and solid specular reflection. SUMMARY OF THE INVENTION These objects are directed to a light source, which collects light from a light source in a first hemispherical space and reflects or focuses the collected light at a point remote from the light source to form a first image of the light source. A first concave reflective surface or concave mirror positioned to collect light from a light source outside the boundaries of the first concave mirror to collect light in a second half space Wherein the second concave mirror reflects or images light in the second half-space to create a second image of the light source at a point proximate to the light source, wherein the first concave mirror is collected by the second concave mirror. A second concave reflective surface or mirror for reflecting or re-imaging the provided light to provide a third image of the light source at a remote point where the first image was created; and first and third of the light source. Illumination system with a non-imaging reflector having an input aperture positioned to receive substantially all of the light from the image of the It is achieved by. That is, these objects are achieved by a highly efficient compact lighting system. The first concave mirror is of a type that creates a first image of the light source at a location remote from the light source. The second concave reflective surface includes collecting light beyond the boundaries of the first concave mirror and creates an image of the light source at a point proximate to the light source. It is also a function of the first concave reflective surface to collect this light again imaged by means of a second concave mirror and to create a third image of the light source at a point remote from the light source. The input aperture of the non-imaging optic is positioned to collect substantially all of the light of the first and third image types created by the two concave mirrors and is further emitted from its exit aperture. It is operated to reduce and limit the divergence angle of the light. According to a preferred embodiment, the first and second concave mirrors are profiled such that the first and third images are accepted by the input aperture of the non-imaging optics. This embodiment includes an elliptical concave reflector having a first focal point at the light source location and a second focal point located at a distance from the light source and corresponding to the entrance aperture of a homogenizing element or non-imaging optics. With such a first concave mirror. The second concave mirror has a form in which its center of curvature is located in close proximity to the light source position, preferably a spherical form. In the most preferred system, the light source, the center of curvature of the concave mirror, the non-imaging optics, and all images are on a common line. Important applications of this illumination system are as high efficiency collectors in spectroscopic analyzers. For this purpose, the spectroscopic analyzer comprises a first concave reflecting part and a second concave reflecting part facing it and having a through outlet passage. A light source that emits light in a predetermined wavelength range is positioned in the collector such that the emitted light is collected by the reflective portion and directed to the exit passage. The sample holder is positioned adjacent the outlet passage of the collector and has an inlet end and an outlet end. At the exit end of the sample holder is the entrance end of the elongated reverse non-imaging optic. The optical element has a peripheral wall that reflects light rays entering through the exit window of the holder to reduce the angle of the light rays with respect to the optical axis of the optical element as they pass therethrough. At the exit end of the optical element is a detector assembly, which comprises at least one photodetector sensitive to light of a predetermined wavelength, and said predetermined wavelength located between the optical element and the detector. It has at least one filter that allows light to pass through. Advantageously, the first part of the collector is a concave spherical or elliptical surface. Although the non-imaging optical element has a compound hyperboloid shape, it may have a shape selected from a substantially conical, aspherical surface, and a spline. The window of the sample holder filters certain frequencies or passes frequencies in a predetermined wavelength range. The detector assembly includes a light collector between the filter and the light detector. The detector assembly may include a plurality of photodetectors and filters cooperating to respond to light in different wavelength ranges. The sample holder is a cylindrical member for containing gas or has means for supporting a translucent fixed sample, or comprises means for placing the surface of the sample at an angle with respect to the longitudinal axis of the holder. . The sample holder can also be a translucent solid light guide, which allows a slight absorption of the spectral energy at the interface with the sample placed around it. If desired, a chopper can be provided to pulse the light passing into the sample holder. Infrared light is generally preferred, but ultraviolet and visible light can also be used. In use, the light source is powered and emits light rays which are collected and reflected from the collector to the exit aperture and further into the sample holder containing the sample to be analyzed. The sample interacts with the light beam to provide a spectral representation of its components. The light beam then passes through the elongated non-imaging optic, whereupon the angle of the light beam with respect to the optical axis of the optic is reduced. The light rays emanating from the optical element then strike a photodetector, producing signals indicative of the components of the sample, and these signals from the photodetector are analyzed. Preferably, the light rays exiting the optical element are directed through a filter before hitting the light detector, and the light rays exiting the optical element are directed to the light concentrator before the light detector. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partially diagrammatic view of a gas and liquid spectrometer embodying the present invention. FIG. 2 is an exploded view of the analyzer of FIG. FIG. 3 is a schematic drawing of a light collector, a gas cell and a parabolic light collector showing the trajectory of a passing light beam. 4a and 4b are diagrammatic partial views of a light concentrator for a detector assembly for collecting light rays striking on a light detector. 5a-5d are diagrammatic views of different shapes of non-imaging optical elements that can be used in the present invention. 6a-6c are diagrammatic views of another type of sample holder that may be used. FIG. 7 is a diagrammatic drawing of a concentrator having parabolic and spherical reflecting surfaces. FIG. 8 is a schematic drawing of a light source, a concave mirror, a uniformizing element, and a non-imaging optical system showing the trajectory of a passing light beam. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring first to FIGS. 1 and 2, which in the analyzer embodying the illumination system of the present invention is illustrated diagrammatically. This is typically a light source and concentrator generally designated by the number 10, a sample holder generally designated by the number 12, a non-imaging optical element generally designated by the number 14, and an entirety designated by the number 16. A detector assembly is provided. Also shown is a chopper assembly generally designated by the numeral 18. The concentrator 10 typically comprises a pair of blocks 20 and 22 each having a spherical concave surface 24 and an opposing spherical surface 26. The block 22 is provided with a coaxial opposed opening 28. A light source 30 is coaxially disposed on the block 20 such that light rays produced by the light source are reflected from the surfaces 24, 26 and directed to the aperture 28. The light source or light emitter 30 is connected by a cable 32 to a power supply (not shown). The chopper assembly 18 includes a drive motor 34 having a joint 36 that transmits rotational motion to a drive shaft 38 having a chopper blade 40 extending across the opening 28. Power is supplied to the motor 34 via the cable 35. The sample holder 12 of this embodiment is provided with a block through which a gas or liquid is passed and having a coaxial recess 42 therein. An inlet port 44 and an outlet port 46 allow the passage of the gas or liquid to be analyzed, and windows 47, 48 at each end retain the gas or liquid therein. After passing through the sample in holder 12, the light beam exits through window 48 and enters non-imaging optic 14. As it passes therethrough, it is reflected at the wall defining the passageway 50 so as to exit at a smaller angle with respect to the optical axis of the passageway 50, ie, move closer to the optical axis. Upon exiting the optical element 14, the light passes into the detector assembly 16, where it passes through a filter 52 and enters a photodetector 54 where the intensity of the filtered light is measured. A signal is output to computer 56 via lead 55 to determine the light intensity and determine the concentration of the component being analyzed. More particularly, as shown in FIG. 2, an easier-to-use assembly is provided with several blocks and tubes connected by pins or dowels 57 seated in aligned recesses 58 and secured by gluing, friction or set screws. Is done. The flange of the chopper motor 34 is fixed to the block 20 by the screw fixture 60. A removable end cap 62 is secured to a block 66 by a fixture 64, which provides a housing for the detector assembly 16. The entire assembly is supported by a mounting 68, which can be secured to any suitable support (not shown). Referring now to FIG. 3, the trajectory of light rays emitted by light source 30 reflected by surfaces 24, 26 and reaching exit aperture 28 is shown schematically. This outlet opening extends into window 28 (see FIG. 1) and thus into sample holder 12. Light rays are reflected from the surface, pass through it, pass through the sample contained therein until exiting the holder 12, and pass into the non-imaging optical element 14. The light rays are reflected at the surface defining the path through the element 14, so that the light rays exit at a relatively small angle with respect to the optical axis 72 of the assembly. Although not essential, the effectiveness of the device can be increased by providing a light guide or concentrator in the detector assembly 16 to direct light rays onto the light detector 52. . As seen in FIGS. 4a and 4b, the detector housing 70 can incorporate a plurality (only one is shown) of converging passages 72 whose exit ends are aligned with the light detectors 52. Some of the shapes of the non-imaging optics to reduce the angle of the passing light rays as indicated by the ray trajectories are shown diagrammatically in FIGS. 5a-5d. 5a and 5b are another spherical form, FIG. 5c shows a conical surface, and FIG. 5d shows the use of a spline surface. As can be seen in FIGS. 6a-6c, the sample holder can have many structures depending on the type of material being analyzed and the nature of the effect of the sample on the light beam, such as absorption, reflection and attenuation. The embodiment shown in FIGS. 1 and 2 shows a sample holder where light is transmitted through the sample and is generally used with liquids and gases. FIG. 6a shows a sample holder 80 for an opaque solid, which has a V-shaped light guide 81, which supports a sample 82 at its apex such that light rays are reflected from the surface of the material. FIG. 6c shows a sample holder 84 in which a light guide 86 extends through a tube 88 containing a liquid sample 90 and attenuation occurs at the surface of the light guide 86. As mentioned above, light rays emanating from the non-imaging optics preferably pass through a filter that is associated with and cooperates with the photodetector. These filters may allow only light in a narrow wavelength range to pass through, or selectively filter out light in a narrow range, depending on the wavelength band measured by the detector. The light rays are directed at an angle close to normal to the filter due to directing by the optical system, and the spectroscopic filter can function more effectively to analyze the light energy after interacting with the sample. Filters are typically designed to allow passage through the filter for a particular wavelength bandwidth and reject other energies. Thus, if the filters have a bandwidth that closely matches the absorption band of the sample in the compartment, they will be able to alert the system to the lack of light energy, which means the wavelength of a particular material. This confirms the presence of a known material in the sample compartment due to its absorption. Because of their efficiency and compactness, spectrometers can be made as small, battery-powered gas detectors that allow easy and economical atmospheric monitoring of a wide variety of gases. The components make this easy and relatively economical, so the cost of the user is relatively small compared to existing devices that are large, heavy and not actually portable. Two components such as non-imaging optics and a detector assembly can be combined as seen in FIG. 5d. The light collection and pointing properties of the system are highly efficient, and the components are modular and the three main components (light source / collector, sample holder, energy collector / redirector) are many Allow to assemble into shape. The efficiency of light collection and pointing of the system can be applied industrially to gas analysis, fluid analysis, fluorescence analysis, and generally any application that obtains spectral information by means of sample / light energy interaction. Further, as a result of this highly efficient assembly, by providing a series of different photodetectors and filters that cooperate therewith, each monitoring a different wavelength of light of a different component, four types of samples are provided. Or more different components can be monitored. In a concentrator, two reflecting surfaces cooperate with a light emitter located in between. In the optical system described above, the components are arranged to allow maximum solid angle radiation efficiency. The relationship between the focal point of the light collection shell and the overall shape determines its light collection efficiency. The vertex of the first half of the optical shell is located behind the center point of the light source. This particular portion can be one of two general shapes. The first is a simple sphere. The radius of the sphere is selected to create an image of the light source at the window to the sample holder. Another choice for the shape of the first block 20 portion is the ellipsoid 100 seen in FIG. In this case, the ellipse has one focus at D1 and the other focus at D2. The advantage of using an ellipse instead of a sphere is the reduction of aberrations such as spherical aberration encountered when using a sphere in this way. However, aberrations are ignored as long as the blur diameter can be obtained from the sample components. A major drawback of utilizing aspheric surfaces (ellipses or ellipses modified to allow aberration correction) is the associated high manufacturing costs. The second part of the concentrator should always be spherical. The spherical mirror is positioned with its center of curvature coaxial with the center of the light emitter. As a result of such an arrangement, as can be seen in FIG. 3, all of the energy outside the light receiving range of the first shell half is reflected from the second shell half back toward the first shell half, One shell half allows the energy to be focused into the sample holder. In the embodiment shown in FIG. 1, the light emitter can be an infrared (IR) energy source equivalent to a heating wire operating at 660-800 ° C. This gives a broadband IR radiation of 2-15 microns, which is collected by the reflective surface into a beam of narrow IR energy. As can be seen in FIG. 3, a collection of light from a finite light source with mirror segments up to NA (numerical aperture) of 1.0+ is focused into the entrance aperture of the sample holder. The light collection efficiency is increased beyond 1.0 + NA by the addition of a second concave light collection element that redirects energy from angles beyond the 1.0 + NA condition toward the focal point of the first mirror segment. Can be The first segment can then collect this energy again and direct it to the inlet opening of the sample holder. For this reason, this condensing optical system reliably collects energy from the light emitter at a high ratio. The sample will encode the incident light energy with information about its molecular physical properties. As is known, the light energy of a particular spectral characteristic is affected by the sample components, so the light energy from the sample holder will carry information indicative of the molecular properties of the sample. The window for the sample holder is desirably made of a material capable of transmitting light energy within the wavelength bandwidth of light of interest. For example, a window for an infrared detector would include barium fluoride. This material is chosen for its ability to transmit IR energy without absorption in the region of interest. As described above, the non-imaging optical element is shaped so as to reduce the angle of the incident light when the incident light moves. The concept of these optics can be described as a collection of points that define the tangent to the angle of light received at a smaller angle. As a result of determining the angular orientation of the optical system, the vertical angle between the light rays emerging from the non-imaging optics and the normal to the optical filter / photodetector increases. An optical filter having a narrow wavelength band is designed so as to transmit a relatively small wavelength range. This can be achieved by stacking different layers of transmission material. Energy striking the filter surface at an angle away from a right angle to that surface will have a path length in the media defined by an oblique path through a particular filter layer. As this angle increases, the error increases. Filters allow the transmission of wavelengths that make up certain path lengths in the medium. Energy at shorter wavelengths where the angle of incidence on the filter is greater will appear to the filter as a wavelength with the proper path length. This phenomenon, known as the "blue transition", explains why lower angle (bluer) wavelengths can pass here. Therefore, non-imaging optical elements reduce the inherent error. A typical formula for "non-imaging" optics is to find it in "The Optics of Non-Imaging concentrators" by Welford and Winston, published by Academic Press. Can be. With reference to FIG. 8, it is schematically shown that the ray trajectory indicating the rays emitted from the light source 30 is reflected by the first concave mirror 24 and the second concave mirror 26 to the “selective” homogenizing element 12. . The light rays pass into non-imaging optics 14 that are positioned to collect substantially all of the light. Light rays are reflected from the surface defining the path through the element 14 and exit at a relatively shallow angle with respect to the optical axis 72 of the system shown in FIGS. 4a and 4b. As shown in FIG. 8, light from the light source 30 reflects off the first concave mirror 24 and creates a first image 91 at the entrance to the “selective” light guide 12. The second concave mirror 26 collects light from the light source 30 that is outside the boundary of the first concave mirror and forms a second image 92 immediately adjacent to the light source 30. The first concave mirror 24 forms an image of the light collected by the second concave mirror 26 and forms a third image 93 in the light guide 12 immediately adjacent to the first image 91. Non-imaging reflector 14, which may be a compound parabolic concentrator, receives images 91 and 93 through aperture 94 and collects light of these images along its length. This system collects light from light source 30 to 4 steradians. The lighting system of the present invention can be used for the following applications. Slide projectors, TV projectors, microscope illuminators, all types of "inspection" lamps, infrared / visible / ultraviolet filters, NIR spectrometers, Raman spectrometers, fluorescence spectrometers, refractometers, interferometers, general vehicles Lighting equipment, aircraft HUDs, Doran Jena fiber optic lighting, otoscopes, schlieren system equipment, searchlights, and general class laser resonators. In particular, the lighting system of the present invention is adapted to easily provide: 1. Enhanced infrared signal supply system for FTIR (Fourier transform IR) spectroscopy system. For an FTIR spectrometer bench, the system provides a significantly enhanced magnitude signal available for analysis, thus allowing a cooler light source for operation. The small, efficient design of the illumination system as a remote energy source for FTIR microscopes and in test systems that require a remote IR illumination source offers clear benefits. 2. In interstitial fiber optic endoscopes / borescopes that deliver significant energy into the optical fiber for illumination, to collect light from a white light source (eg, a halogen light source) and direct this light onto a microscope sample. A general visible illumination source for visible microscopes acting as a total reflection, low cost system for, and a white light illumination source for security systems, flashlights and floodlight type systems. The lighting system of the present invention is useful in any application where a limited amount of electromagnetic energy for lighting is available (e.g., UV fluorescence). In addition, the system can be used to create a system with the enhanced ability to deliver energy from almost 360 ° to the specimen, quite the contrary. This system has the ability to produce an illumination beam with a small divergence angle. The direct function of the non-imaging optics is to convert the angle of light entering the input aperture to a smaller angle as it exits the exit aperture due to several factors. Generally, as the angle of divergence upon entering the non-imaging optical system increases, the angle upon exiting the non-imaging optical system also increases. Prior art illumination systems make a large angle of 90 ° with respect to the center line of the non-imaging optics when entering the aperture. In comparison, the geometry of the system of the present invention allows even the most divergent rays to enter non-imaging optics at about 65 °. That is, energy concentration is more efficient than prior art designs. Since the divergence angle, sensitivity to alignment, size, and cost are major concerns in the production of an effective lighting system, the system of the present invention uses a total of 4 steradians (stereoscopic) of light emanating from the light source. Angle) and direct this energy in a manner that reduces the divergence angle to a size that significantly improves the operation of conventional optical systems. From the foregoing detailed description and accompanying drawings, a spectrometer using the illumination system of the present invention can be easily and economically manufactured, is highly efficient, and can be used like a laboratory or industrial device. In addition, it turns out to be small and light enough to provide many field portable devices. The analyzer can be used on gas, solid and liquid samples by means of easily exchangeable holders, and its efficiency makes it possible to use multiple light detectors to enable simultaneous analysis of multiple components in the sample. The light beam can be split across the sample holder to provide multiple beams to the instrument.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.光源、 第1の半球状空間内の前記光源からの光を集め前記光源から離れた点において 前記光源の第1の像を作るために前記光を反射し又は結像するように位置決めさ れた第1の凹の反射面又は鏡、 第2の半空間の光を集めるために前記第1の凹の鏡の境界外の前記光源からの 光を集める第2の凹の反射面又は鏡であって、前記第2の凹の鏡が前記第2の半 空間の光を反射し又は結像して前記光源に直近の点に前記光源の第2の像を作り 、前記第1の凹の鏡が前記第2の凹の鏡で集められた光を反射し又は再結像して 前記第1の像が作られた遠隔点における前記光源の第3の像を提供する前記第2 の凹の鏡、及び 前記光源の前記第1及び第3の像からの光の実質的に全部を受け取るように位 置決めされた入力開口を有する非結像反射器 を備えた照明システム。 2.前記第2の反射用の凹の鏡が球状の反射面である請求項1の照明システム 。 3.入口開口及び出口開口を有する均一化素子が、その入口開口を前記第1及 び第2の凹の鏡からの光の実質的に全部を集めるように位置決めされ、更にその 出口開口が前記非結像反射器への入口に位置決めされるようにして置かれる請求 項1の照明システム。 4.前記均一化素子が反射式円筒ミラーの形式である請求項3の照明システム 。 5.前記均一化素子が半透明な屈折式光ガイドの形式である請求項3の照明シ ステム。 6.前記光源が赤外波長の光を放射する請求項1の照明システム。 7.前記光源、前記凹の鏡の前記曲率中心及び前記像の総てが実質的に共通線 上にある請求項1に照明システム。 8.(a)第1の凹面反射部分及びこれと向かい合いかつ貫通出口通路を有す る第2の凹面反射部分を有する高効率集光器、 (b)放射光が前記反射部分により集められそして前記出口通路に向けられるよ うに前記集光器内に位置決めされ所定の波長範囲の光を放射する光源、 (c)前記集光器の前記出口通路に隣接して置かれかつ入口端と出口端とを有す る試料ホルダー、 (d)前記試料ホルダーの出口端に入口端を有し更に出口端を有する細長い非結 像光学素子であって、光線がこれを通過するときに前記光学素子の光学軸に関す る光線の角度を小さくするように前記ホルダーの出口端を通って入ってくる光線 を反射する周囲壁を有する前記素子、 (e)所定波長の光に対して感応する少なくも1個の光検知器及び前記光学素子 と前記検知器との間に置かれ前記所定波長の光を通過させる少なくも1個の光フ ィルターを有する前記光学素子の出口端における検知器組立体、 を備えた分光分析器。 9.(a)対向する凹の反射面を有する集光器内に所定波長範囲の光源を設け 、 (b)光線を放射させるように前記光源に電力を提供し、 (c)前記光線を集め前記集光器の出口及び分析すべき試料を入れた試料ホルダ ー内に反射し、前記試料は試料成分の表示を与えるように前記 光線と相互作用し、 (d)前記素子の光学軸に関する到来光線の角度を減らすように光線を細長い非 結像光学素子を通過させ、 (e)前記試料の成分を示す信号を作るように前記光学素子から出てくる光線を 光検知器上に指向させ、 (f)前記光検知器からの前記信号を分析する 諸段階を含んだ分光分析法。[Claims]   1. light source,   Collecting light from the light source in a first hemispherical space at a point remote from the light source Positioned to reflect or image the light to create a first image of the light source. A first concave reflective surface or mirror,   From the light source outside the boundaries of the first concave mirror to collect light in a second half space A second concave reflecting surface or mirror for collecting light, wherein said second concave mirror is said second half mirror; Creating a second image of the light source at a point closest to the light source by reflecting or imaging light in space; The first concave mirror reflects or re-images the light collected by the second concave mirror The second providing a third image of the light source at a remote point where the first image was created; Concave mirror, and   Positioned to receive substantially all of the light from the first and third images of the light source. Non-imaging reflector with fixed input aperture Lighting system with.   2. 2. The illumination system of claim 1, wherein said second reflecting concave mirror is a spherical reflecting surface. .   3. A homogenizing element having an inlet opening and an outlet opening defines the inlet opening as the first and second openings. And positioned to collect substantially all of the light from the second concave mirror, and further comprising: Claims wherein an exit aperture is positioned to be positioned at the entrance to said non-imaging reflector Item 1. The lighting system according to Item 1.   4. 4. The illumination system according to claim 3, wherein said equalizing element is in the form of a reflective cylindrical mirror. .   5. 4. The illumination system according to claim 3, wherein said homogenizing element is in the form of a translucent refractive light guide. Stem.   6. The lighting system of claim 1, wherein the light source emits light of an infrared wavelength.   7. The light source, the center of curvature of the concave mirror and all of the image are substantially common The lighting system of claim 1 above.   8. (A) having a first concave reflective portion and a facing exit passage therethrough; A high efficiency concentrator having a second concave reflective portion, (B) radiation is collected by said reflective portion and directed to said exit passage; A light source that emits light in a predetermined wavelength range positioned in the light collector, (C) positioned adjacent the outlet passage of the collector and having an inlet end and an outlet end; Sample holder, (D) an elongate non-bonding having an inlet end at the outlet end of the sample holder and having an outlet end An image optical element, wherein a light ray passes through the image optical element with respect to an optical axis of the optical element. Rays entering through the exit end of the holder so as to reduce the angle of the rays Said element having a peripheral wall that reflects (E) at least one photodetector sensitive to light of a predetermined wavelength and said optical element And at least one optical filter disposed between the light source and the detector and transmitting the light of the predetermined wavelength. A detector assembly at the exit end of the optical element having a filter; With a spectroscopic analyzer.   9. (A) A light source having a predetermined wavelength range is provided in a light collector having a concave reflecting surface facing the light source. , (B) providing power to the light source to emit a light beam; (C) a sample holder for collecting the light beam and the outlet of the light collector and a sample to be analyzed. And the sample is reflected in the Interacts with the rays, (D) elongating the light beam to reduce the angle of the incoming light beam with respect to the optical axis of the element; Through the imaging optics, (E) transforming the light rays emerging from the optical element so as to produce a signal indicative of the components of the sample; Point on the light detector, (F) analyzing the signal from the light detector Spectroscopic analysis including various steps.
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