KR20020038603A - 카스케이드 파라볼라 반사기를 사용하는 수집 및 집속광학 시스템 - Google Patents

카스케이드 파라볼라 반사기를 사용하는 수집 및 집속광학 시스템 Download PDF

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KR20020038603A
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케네쓰 케이. 리
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추후제출
코젠트 라이트 테크놀로지스, 인코포레이션
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Abstract

전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템은, 각각의 광 소스(31a, 31b)로부터의 에너지가 반사기들에 의해 출력 타겟, 이를테면 단일 코어(coe) 광학 화이버(I)의 선단으로 결합되는 그러한 방식으로 광 에너지를 오목 반사기들 위로 방사시키는 복수의 카스케이드 오목 파라볼라 반사기(32a, 32b)와 복수의 전자기 복사선 또는 광 소스(31a, 31b)를 포함한다.

Description

카스케이드 파라볼라 반사기를 사용하는 수집 및 집속 광학 시스템{COLLECTING AND CONDENSING OPTICAL SYSTEM USING CASCADED PARABOLIC REFLECTORS}
주요 목적들 중의 하나는, 복사선, 특히 가시광선을 소스(source)로부터 타겟으로 수집 및 집속 시킬 때, 타겟에서 광선의 밝기를 최대화시키는 것이다. 축-상(on-axis) 타원형 및 파라볼라 반사기들, 그리고 다양한 형상의 축-외(off-axis) 반사기들을 사용하는 다양한 구성들이 사용되어왔다. 타겟에 생성된 이미지(image)의 밝기는 이상적인 광학 시스템에서 보존될 수 있으므로(그리고 비-이상적인 시스템에서는 감소되므로), 타겟에서의 총 플럭스를 소스에 의해 방사되는 양 이상으로 증가시키는 것은 불가능하다.
이러한 근본적 제한을 제거하기 위해 사용된 한가지 공통적인 기술은, 아크 램프(arc lamp)의 일측으로부터 방사된 광이 재귀(retro)-반사기 후면에 의해 아크를 통하여 재지향되도록 재귀-반사기과 결합한 소스로서 아크 램프를 사용하는 것이다. 아크에 의해 반사된 광의 흡수는 매우 작으므로, 아크 램프의 대향측으로부터 방사된 광은 재귀-반사된 광뿐만 아니라 아크 자체로부터 방사되는 광 모두를 포함한다. 그러므로, 재귀-반사기에 대향하는 램프의 측면으로부터 방사된 총 광 플럭스는 사실상 두배가 된다. 다른 종래 기술의 방법들은 아크 후면으로부터의 광을 자체 복수 배로 반사시킴으로써, 골든버그(Goldenberg) 등의 미국 특허 제 4,957,759 호에서 처럼 플럭스를 더 증가시키는, 이러한 개념을 확장시켜왔다.
참조로 본문에 채용된 명세서, 미국 특허 제 5,707,131 호는 제 1 램프의 아크를 축-외 카스케이드 구성의 또 다른 램프의 아크에 초점맞추기 위해서 다중 오목 반사기과 조합한 다중 램프의 사용을 개시한다. 도 1a와 1b는 상기 특허에 기술된 것처럼 타겟에 광을 커플링하기 위해 축-외 관계로 정렬된 다단의 직렬 반사기과 소스를 사용하는 개념을 도시한다. 시스템은 3가지 주요 구성요소: 복수의 소스(Si), 복수의 반사기(Mi), 및 적어도 1개의 타겟(I)을 포함한다.
복수의 소스(Si)들은 통상적으로 아크 갭을 갖는 고강도 아크 램프와 같은 전자기 복사선의 점 소스(point source)들이다. 그러나, 작은 면적의 방사를 갖는 전자기 복사선의 컴팩트 소스(compact source)가 적합하다.
복수의 반사기(Mi)들은 소스(Si)로부터의 전자기 복사선을 적어도 1개의 타겟(I)으로 초점맞춘다. 상기 '131 특허에서, 반사기들은 소스와 타겟 쪽을 향하는 오목 표면을 갖는 미러(mirror)들이다. 반사기들의 반사면들은 당 기술에 공지된 것으로서 축-외 반사가 달성될 수 있도록 구면, 원형, 또는 타원형 형상이다.
타겟은 가능한 한 전자기 복사선의 최고 밀도를 갖는 조명이 제공되는 작은 물체, 이를테면, 단일 코어 광학 화이버 또는 다른 광학 광가이드의 선단이다.
비-카스케이드 축-외 시스템은, 소스 대 타겟 거리가 작을 때, 1:1 비율에 가까운 최소 배율(magnification)을 발생시키지만, 상기 '131 특허에 개시된 카스케이드 구성에 대하여, 더 많은 램프와 반사기들이 다단으로 부가됨에 따라 축-외 시스템에 의해 발생된 소량의 배율이 배가 및 전파된다. 그러므로, 상당한 배율은 플럭스 밀도의 감소와, 그리고 타겟에 커플링되는 광량이 감소되는 것에 상응하여 종종 겪게된다. 전술한 사항과 종래 기술의 본질적인 다른 결함들 때문에, 더 많은 램프들이 부가됨에 따라 다단의 효율성이 감소되지 않도록 소스들이 1:1 비율을 지닌 다단으로 될 수 있는 개선된 커플링 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
발명의 요약
본 발명은, 소스들의 밝기가 단일 코어 광학 화이버 및 다른 광학 광가이드들과 같은 타겟으로 입력되어 함께 결합되는 방식의 다단 관계로 복수의 소스들과 반사기들이 제공되는 광학 시스템을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명은 작은 면적의 상대적으로 높은 복사선 플럭스를 고강도 광 출력에 제공하기 위한 일련의 다단 소스 및 대체로 포물면 형상의 반사기들을 포함하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템을 제공한다. 그러한 시스템은 소스 대 타겟 거리에 대체로 무관하게 타겟에서 아크의 1:1 비율에 접근하므로, 다중 램프들은 효율을 저하시키지 않고 다단으로 될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 타겟에서의 결과적인 밝기는 단일 소스 지닌 경우보다 높으며, 특정 구성에서 다단으로 배치된 소스와 반사기의 수에 의해서만 제한된다. 발명은 양자 택일로 단지 1개의 출력대신에 2개의 출력으로 또한 구성될 수 있다. 게다가, 일련의 2개 이상의 소스가 다단이라면, 강도와 파장 제어는 개개의 소스들을 온 및 오프시킴으로써 수행될 수 있다. 발명의 부가적인 특징은 다중 소드들을 다단으로 구비함으로써 제공되는 중복성이다. 모든 소스들보다 적은 광 강도가 필요한 경우의 활용에 대하여, 본 발명의 실시예들에 따라 1개의 소스는 대체 소스로서 역할을 하며 또 다른 소스의 고장시 실제로 비가동시간 없이 턴 온된다.
본 발명은 일반적으로 조명 시스템에 관한 것이며, 더 상세하게는 전자기 복사선(radiation)을 타겟에 커플링시키기 위해 매우 작은 스팟(spot) 사이즈로 수집 및 집속시키기 위한 광학 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 단지 실례로서 주어지고 본 발명을 제한하지 않는 하기된 상세한 설명과 첨부 도면들로부터 완전히 이해될 것이다.
도 1a 및 1b는 당 기술에 공지된 것으로서 축-외 구성으로 배열된 다단 램프와 반사기들을 구비하는 수집 및 집속 시스템의 개략도이다;
도 2a는 반(half)-포물면 시준 반사기, 반(half)-포물면 초점 반사기, 및 구면 재귀(retro)-반사기을 조합하여 사용하는 본 발명에 따른 수집 및 집속 시스템의 기본 유니트의 개략도이다;
도 2b는 완전(full) 포물면 시준 반사기, 반-포물면 초점 반사기, 및 평면 미러 재귀-반사기를 조합하여 사용하는 본 발명에 따른 수집 및 집속 시스템의 기본 유니트의 개략도이다;
도 3a는 2개의 완전 포물면 시준 반사기, 반-포물면 초점 반사기, 및 재귀-반사용 평면 미러를 사용하여 2개 램프의 출력이 단일 타겟으로 커플링되는 2개의 파라볼라 시스템 기본 유니트의 다단을 나타내는 개략도이다;
도 3b는 2개의 완전 포물면 시준 반사기와, 2개의 반-포물면 초점 반사기를 사용하여 2개 램프의 출력이 2개의 타겟으로 커플링되는 2개의 파라볼라 시스템 기본 유니트의 다단을 나타내는 개략도이다;
도 4는 완전 포물면 시준 반사기, 반-포물면 시준 반사기, 반-포물면 초점 반사기, 및 재귀-반사용 구면 미러에 의해 2개 램프의 출력이 단일 타겟으로 커플링되는 2개의 파라볼라 시스템 기본 유니트의 다단을 나타내는 개략도이다;
도 5는 3개의 완전 포물면 시준 반사기, 반-포물면 초점 반사기, 및 평면 미러 재귀-반사기에 의해 3개 램프의 출력이 단일 타겟으로 커플링되는 본 발명에 따른 3개의 파라볼라 시스템 기본 유니트의 다단을 나타내는 개략도이다;
도 6a-6f는 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 단면의 복수의 다각형 광가이드(도파관) 타겟의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 이용될 수 있는 원형 단면 광가이드 타겟의 개략도이다.
도 8a는 발명의 일 실시예에 따라 증가형 테이퍼 광가이드 타겟을 도시하는 개략적인 측면도이다.
도 8b는 또 다른 실시예에 따른 감소형 테이퍼 광가이드 타겟을 도시하는 개략적인 측면도이다.
도 2a와 2b는 복사선, 바람직하게는 가시광선을 타겟(I)으로 수집 및 집속시키기 위해, 단일 소스(21), 포물면 시준 반사기(22), 및 초점 반사기(23)를 포함하는 시스템을 개략적으로 도시한다. 이러한 3가지 엘리먼트들은 조합에 의해 본 발명을 위한 기본 유니트로서 역할을 한다.
상기 소스(21), 바람직하게는 고강도 아크 램프는 포물면 시준 반사기의 초점에 위치된다. 본 발명의 실시예들에 사용하기에 특히 적합한 아크 램프는 포물면 반사기(22)의 초점 길이에 비하여 작으며 타겟(I)의 소정 사이즈에 필적하는 아크 갭을 구비한다. 그러한 램프들은 수은 램프, 수은 크세논 램프, 크세논 램프, 금속 할라이드 램프, HID 램프, 텅스텐 할로겐, 또는 할로겐 램프일 수 있다. 당 기술의 당업자들은 본 발명의 특정 활용을 기반으로 램프 유형과 정격 전원이 선택될 수 있음을 쉽게 이해할 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 타겟(I)은 광의 초점 스팟이 비춰지기에 바람직한 임의의 영역(area)일 수 있다. 이와같은 영역을, 렌즈의 표면에 국한되지 않고, 예를들어, 단일 화이버 또는 화이버 번들, 균질화기(homogenizer), 중공의 내부 반사 튜브 및 다른 화이버 광학체, 광가이드들, 광가이드들 및 그 조합체의 입력 표면으로 될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 사용하기 위한 적절한 균질화기들은 테이퍼진 또는 테이퍼지지 않은 다각형 도파관, 단일 코어 광학 화이버, 광학 화이버의 융합된 또는 비융합된 번들, 또는 화이버 번들을 포함한다.
타겟(I)이 광가이드(도파관)일 때, 도 6a-6f에 도시된 것처럼 단면이 다각형 또는 도 7에 도시된 것처럼 단면이 원형일 수 있다. 게다가, 타겟(I)은 도 8a에 도시된 것처럼 증가형 테이퍼 광가이드 또는 8b에 도시된 것처럼 감소형 테이퍼 광가이드일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 모든 반사기들은 그 위에 매우 높은 반사성 광학 코팅물, 이를테면, 알루미늄 또는 은을 구비하는 미러들이다. 그러한 미러들은 자외선, 가시광선, 및 적외선을 포함하는 모든 형태의 복사선을 반사시 매우 효율적이다. 일정한 활용을 위해, 본 발명의 반사기들은 글래스로 이루어지고 파장 선택적 다중-층 유전성 코팅물로 코팅된 미러들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 가시광선 파장들에만 높은 반사성을 갖는 냉간 코팅물은 가시적인 활용을 위해 사용될 수 있다. 당 기술의 당업자에 의해 인식될 수 있는 것처럼, 본 발명의 실시예에 다양한 코팅물들이 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
도 2a에 도시된 것처럼, 포물면 시준 반사기(22)는 이러한 실시예의 기본 유니트에서 대체로 반(half)-포물면 같은 형상이다. 바람직하게는, 상기 시스템은 재귀(retro)-반사기(24a)가 대체로 무 배율의 이미지를 야기하는 소스(21)의 아크 갭으로 반전하는 광을 반사시키도록 소스(21)와 합치하는 만곡의 중심을 갖는 구면의 재귀-반사기(24a)를 구비한다. 이러한 재귀-반사는 바람직하게 광가이드(26)의 선단인, 타겟(I)쪽으로 지향된 광 플럭스의 양을 (거의 두배로) 증가시킬 것이다.
소스(21)로부터 나온 광과 재귀-반사기(24a)에 의해 반사된 광은 포물면 시준 반사기(22)의 축(28)에 평행 이동하는 평행 광선(ray)이도록 시준된다. 이러한 평행 광선들은 그후 포물면 시준 반사기(22)처럼 대체로 동일한 원추형 파라미터로 대체로 반-포물면 형상을 갖는 초점 반사기(23)로 타겟(I)에서 스팟(spot)으로 초점 맞춰진다. 이러한 초점 반사기(23)는 그 축(29)이, 단위 배율을 가지며 가능한한 가장 밝은 강도 스팟을 발생시키는 시스템의 제 1 포물면 섹션의 축과 대체로 직선상이 되도록 위치된다.
도 2b는 도 2a에 도시된 것처럼 기본 유니트의 다른 실시예를 도시하며, 여기에서 구면 재귀-반사기(24a)는 제 1 및 제 3 포물면 섹션의 축(28)에 수직으로 배치된 평면 미러 재귀-반사기(24b)와 함께 제 2 반-포물면 형상 반사기(22a)에 의해 재배치된다. 당 기술의 당업자에 의해 쉽게 인식될 수 있는 것처럼, 제 1(22) 및 제 2(22a) 반-포물면 섹션들은 평면 미러 재귀-반사기(24b)들이 사용될 때 대체로 완전 포물면의 형상을 갖는 단일 포물면에 의해 상호교환가능하게 재배치될 수 있다.
도 3a는, 도 2a, 2b에 도시된 것처럼 2가지 기본 유니트 시스템이 다단 관계로 배열된, 본 발명의 실시예를 도시한다. 제 1 소스(31a)는 반사기(32a)에 의해 수집된 광이 평행 광선(ray)들로 시준되도록 대체로 완전 포물면의 형상인 반사기(32a)의 초점에 배열된다. 평면 미러로 이루어진 재귀-반사기(34)는, 광이 그 자체 경로상의 뒤로 방사되고 제 1 소스(31a)를 통하여 후면에 재초점되도록 반사기의 애퍼쳐(aperture)의 반을 커버하는 포물면 반사기(32a)의 출력 표면의 정면에 위치되며 반사기의 축(38a)에 수직으로 정렬된다. 상부 반-포물면 반사기에 의해 시준된 광은 아크 자체로부터 그리고 재귀-반사로부터 직접적으로 나온 광으로 이루어져 거의 두배가 될 것이다. 제 1 소스(31a)의 출력은 그 때문에 그 초점에 위치된 소스(31b)와 함께 대체로 포물면의 형상을 갖는 제 2 포물면 반사기(32b)로 지향된다. 반사기(31b)로부터 나온 광은 반사기(32b)에 의해 소스(31b)의 아크로초점 맞춰진다.
제 1 소스(31a)와 제 2 소스(31b)의 부분으로부터 나온 광으로 이루어진 총 출력은 제 2 반사기(32b)의 하부 반(half)에 의해 평행 광선들로 시준될 것이다. 재지향 반사기(35), 바람직하게는 반사기(32b)의 축(38b)에 비해 일정 각으로 위치된 평면 미러는 반사기(32b)로부터 나온 출력을 타겟(I)상의 스팟으로 초점 지워지는 초점 반사기(33)로 재지향된다.
반사기(32b)의 상부 반을 향하여 소스(31b)에 의해 방사된 광의 부분은 반사기(32b)에 의해 시준되며, 소스(31a)의 아크를 통하여 반사기(32a)의 상부 반에 의해 초점 맞춰지고, 그후 반사기(32a)와 재귀-반사기(34)의 하부 반의 조합체에 의해 소스(31a)의 아크로 재귀-반사될 것이다. 이러한 재귀-반사된 광은 그후 반사기(32a)에 의해 시준되며, 소스(31b)의 아크를 통하여 반사기(32b)에 의해 초점 맞춰지며, 재지향 반사기(35)에 의해 재지향되고, 이미 기술된 다른 광과 함께 타겟(I)에서 반사기(33)를 타겟팅함으로써 타겟(I)에서 스팟으로 수집된다. 결함들 및 동일한 소스로 인한 어떠한 손실도 없다고 추정하면, 그러한 다단 시스템에 의해 생성된 타겟(I)에서의 밝기는 재귀-반사가 없는 단일 소스 밝기의 4배에 가깝게된다.
도 3b는, 1개의 타겟 대신에 2개의 타겟(I 및 Ia)이 사용된 것을 제외하고, 도 3a에 도시된 것처럼 유사한 레이아웃을 지닌, 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 3a와 3b에 도시된 실시예들의 유사점은 재귀-반사기(34)가 도 3a의 실시예로부터 생략되었고 소스(31a와 31b)로부터 나온 광을 타겟(Ia)으로 커플링시키기위해서 유사한 방식으로 재지향 반사기(35)와 타겟팅 반사기(33)로 향하는 되는 제 2 재지향 반사기(35a)와 제 2 타겟팅 반사기(33a)로 대체되었음을 기술한다.
도 4는 구면 오목 미러(44)가 (도 2a에 도시된 시스템에서 유사하게 사용되었던 것처럼) 재귀-반사기로서 사용된 것을 제외하고 도 3a에 도시된 실시예와의 구성이 유사한 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 도 4의 시스템의 수행은 도 3a의 시스템과 본질적으로 동일하다; 타겟(I)에서 집결되는 총 플럭스는 본질적으로 어떠한 재귀-반사도 지니지 않은 단일 소스 플럭스의 4배이다. 도 2a에 유사하게, 반사기(42a)는 도 3a에 도시된 실시예에 사용되는 완전 포물면 반사기(32a)에 대향하는 반 포물면이다.
상기 설명은 2개 소스를 단일 출력으로 다단시키는 것을 나타내지만, 소스들과 포물면 반사기들의 동일한 기본 유니트를 사용함으로써 실질적으로 더 많은 램프들이 다단으로 될 수 있다. 도 5는 3개 소스(51a, 51b 및 51c)가 일련의 포물면 시준 반사기(52a, 52b, 및 52c), 재귀-반사기(54), 재지향 반사기(55), 및 초점 반사기(53)에 의해 타겟(I)에서 스팟으로 다단으로 된, 바람직한 실시예를 도시한다. 이 경우에, 타겟(I)에서 이론적인 총 플럭스는, 반사기에서의 미러 손실과 소스에서의 램프 엔벨로브 반사에 대한 고려가 없다면, 어떠한 재귀-반사도 사용하지 않는 단일 소스로 달성될 수 있는 플럭스의 6배이다.
더 많은 램프들은 바람직한 수(n)의 소스에 상응하는 포물면 시준 반사기로 유사하게 다단으로 될 수 있다.
당 기술의 당업자에 의해 이해될 수 있는 것처럼, 본 발명의 실제 구현에 있어서, 얼마나 많은 램프들이 본 발명에 따라 다단으로 될 수 있는지에 관해서는 제한 사항일 수 있지만 여전히 타겟에서 플럭스의 현저한 개선사항을 생성시킨다. 광 플럭스는, 반사기의 반사율의 등급, 아크 램프용 램프 엔벨로프의 글래스/공기 인터페이스에서 프레즈넬 반사, 그리고 반사기, 아크 램프의 글래스 엔벨로프, 및 다중 통과에 의해 도입된 광학적 이탈을 포함하는, 시스템에서의 다양한 근원의 결함들로 인하여 손실될 수 있다.
타겟 스팟에서 플럭스를 증가시키는 것 이외에, 본 발명에 따른 파라볼라 다단 집속 및 수집 시스템은 다른 소정의 결과들을 생성시키는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따라 다단으로 된 다중 소스들은 이점으로서 복사선 소스들에 중복성을 제공하는데 사용될 수 있다. 2개 소스를 구비하는 도 3a 및 3b에 유사한 카스케이드 시스템에 있어서, 타겟 스팟 상에 초점 맞춰진 출력 복사선은 2개의 소스로부터 나온 복사선의 조합, 또는 각각의 소스 개개로부터 나온 복사선일 수 있다. 1개의 소스만이 상기 시스템의 정상 작동중 사용되고, 그리고 그 소스가 일부 이유로 고장난다면, 제 2 소스는 고장난 소스를 교체하는 대신에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 다단 시스템에 관하여, 고장난 소스는 단순히 중단되고, 시스템에 어떠한 물리적 변경을 필요로하는 것 없이 제 2 소스가 수 초 내에 절체될 수 있다. 이러한 특징은 커플링 시스템에 대한 현저한 고장시간이 바람직하지 않을 때 특히 이롭다.
유사하게, 본 발명의 실시예들에 사용되는 소스는 상이한 유형의 복사선(상이한 파장, 강도, 등)을 발생시키도록 2개가 선택될 수 있다. 예를 들면, 2개의 소스 시스템에서, 제 1 소스는 수은 아크 램프이고, 제 2 소스는 나트륨 아크 램프일 수 있다. 이러한 아크 램프 모두는 매우 효율적인, 에너지 절약 램프인 것으로 공지되어 있다. 수은 램프는 청색 범위의 파장을 갖는 가시광선을 방사하며, 나트륨 램프는 황색 범위의 파장을 갖는 가시광선을 방사한다. 이러한 유형의 램프들은 각각 사용될 때 조명, 이를테면, 외과용 조명에 바람직하지 않은 광선을 발생시키지만, 이러한 2가지 파장의 광선이 조합하여 사용될 때, 총체적인 색깔의 출력 광선은 백색 광선에 더 유사하다. 당 기술의 당업자에게 쉽게 이해될 수 있는 것처럼, 상이한 스펙트럼 출력을 발생시키는 램프들을 조합시키는 이러한 재량(ability)은 본 발명에 따른 시스템들이 다양한 스펙트럼 출력 특성에 맞춰질 수 있도록 한다.
게다가, 포물면의 사이즈는 기술된 것처럼 반 포물면일 수 있거나 또는 활용에 따라 포물면들은 그 원형 넓이가 더 크거나 작을 수 있다. 일 실시예에 따라, 포물면 섹션들은 반 포물면보다 더 작다, 예를 들면, 1/4 포물면들보다 더 크지만 반 포물면들보다 작다.
상기 발명은 이와 같이 기술되었지만, 본 발명은 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 수많은 방식으로 변형 및 수정될 수 있음은 당 기술의 당업자에게 명백할 것이다. 어떤 그리고 모든 그러한 수정들은 하기 청구범위의 범위 내에 포함되도록 의도된 것이다.

Claims (31)

  1. 작은 면적에 상대적으로 높은 복사선 플럭스를 지닌 고강도 광 출력을 제공하기 위한 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템에 있어서,
    초점을 가지며, 대체로 포물면 형상을 갖는 제 1 오목 반사기;
    상기 제 1 오목 반사기의 초점에 근접하여 위치된 전자기 복사선의 제 1 소스;
    상기 제 1 소스에 의해 방사된 모든 복사선이 대체로 상기 제 1 반사기의 포물면 섹션위로 지향되기 위해 상기 제 1 소스의 제 1 측면을 통하여 뒤로 그리고 제 1 소스의 제 2 측면을 통하여 밖으로 전자기 복사선을 재지향하도록 설계된 재귀-반사기;
    초점을 가지며, 대체로 포물면 형상을 갖는 제 2 오목 반사기;
    상기 제 2 오목 반사기의 초점에 근접하여 위치된 전자기 복사선의 제 2 소스;
    초점을 가지며, 포물면 형상을 지닌 적어도 일부분을 갖는 오목 초점 반사기;
    상기 초점 반사기의 초점에 근접하여 배치된 타겟을 포함하며,
    상기 제 1 반사기와 재귀-반사기는 상기 제 1 소스로부터 나온 모든 복사선을 대체로 시준하며 제 2 반사기로 지향시키도록 향하게 되며, 상기 제 2 반사기는 상기 제 1 반사기와 제 2 소스로부터 나온 모든 복사선을 대체로 시준하며 상기 초점 반사기로 재지향시키도록 향하게 되고, 상기 초점 반사기는 상기 제 2 반사기에 의해 반사된 복사선을 수집하고 복사선을 상기 타겟으로 초점 맞추도록 향하게 되는 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 포물면 섹션들은 반 포물면들인 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 포물면 섹션들은 반 포물면보다 작으며 1/4 포물면보다 더 큰 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    초점을 구비하며, 대체로 포물면 형상을 갖는 제 3 오목 반사기;
    상기 제 3 오목 반사기의 초점에 근접하여 위치된 전자기 복사선의 제 3 소스를 더 포함하며,
    상기 제 3 반사기는 상기 제 1 반사기를 나가는 대체로 모든 복사선과 상기 제 3 소스에 의해 방사된 대체로 모든 복사선을 시준시키고 상기 제 2 반사기로 재지향시키기 위해 상기 제 1 반사기와 제 2 반사기 사이에서 향하게되는 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 타겟은 광학 광가이드인 것을 특징으로 하는 전자기복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광학 광가이드는 렌즈, 균질화기, 내부 반사 튜브, 광학 화이버, 및 광학 화이버 번들을 포함하는 그룹으로부터 선택된 유형인 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광가이드는 원형 단면 광가이드, 다각형 단면 광가이드, 테이퍼진 광가이드 및 그 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 소스들중 적어도 하나는 고강도 아크 램프인 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 고강도 아크 램프는 수은 크세논, 크세논, 금속 할라이드, HID, 텅스텐 할로겐, 및 할로겐을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 유형인 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 소스들은 상이한 강도들을 갖는 복사선을 방사하는 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 소스들은 상이한 파장들을 갖는 복사선을 방사하는 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기들중 적어도 하나는 소정의 파장들을 갖는 복사선을 선택적으로 필터하도록 처리되는 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 반사기는 광학 축을 구비하며 상기 재귀-반사기는 상기 광학 축에 수직으로 향하게되는 평평한 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 재귀-반사기는 만곡의 중심을 갖는 오목 구면 반사기를 포함하며, 상기 구면 반사기는 상기 만곡의 중심에 근접하여 상기 제 1 소스를 배치하도록 정렬된 것을 특징으로 하는 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  15. 작은 면적에 높은 복사선 플럭스를 지닌 고강도 광 출력을 제공하기 위한 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템에 있어서,
    광학 축과 초점을 각각 가지며, 대체로 포물면 형상을 갖는 복수의 오목 반사기;
    상기 복수의 반사기 중 한 개의 반사기과 쌍을 이루며, 쌍을 이루는 반사기의 초점에 근접하여 위치되며, 각각의 상기 반사기가 쌍을 이루는 그로부터 전자기 복사선을 수신하고 상기 반사기의 광학 축에 평행한 광선(ray)으로 상기 복사선을 시준하도록 향하게 된 전자기 복사선의 복수의 소스;
    초점을 구비하며, 포물면 형상을 지닌 적어도 일부분을 갖는 제 1 초점 반사기;
    상기 초점 반사기의 초점에 근접하여 배치된 타겟을 포함하며,
    상기 복수의 반사기는 다단 방식의 상기 복수의 소스로부터 방사된 전자기 복사선을 상기 초점 반사기 위로 재지향시키고, 상기 초점 반사기는 상기 재지향된 복사선을 상기 타겟으로 집속시키는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 포물면 섹션들은 반 포물면인 것을 특징으로 하는카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 포물면 섹션들은 반 포물면들보다 적으며 1/4 포물면들보다 더 큰 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서,
    초점을 구비하며, 대체로 반 포물면 형상을 지닌 적어도 일부분을 갖는 제 2 오목 초점 반사기; 및
    상기 제 2 초점 반사기의 초점에 근접하여 배치된 제 2 타겟을 더 포함하며,
    복수의 반사기는 다단 방식의 복수의 소스로부터 방사된 전자기 복사선을 상기 타겟 반사기와 제 2 초점 반사기상으로 재지향시키고, 상기 제 1 초점 반사기는 상기 재지향된 복사선의 제 1 부분을 타겟 상으로 집속시키고, 상기 제 2 초점 반사기는 상기 재지향된 복사선의 제 2 부분을 제 2 타겟 상으로 집속시키는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  19. 제 15 항에 있어서,
    재귀-반사기를 더 포함하며,
    상기 재귀-반사기는 전자기 복사선을 상기 복수의 소스들중 제 1 소스의 제 1 측면을 통하여 뒤로 그리고 상기 제 1 소스의 제 2 측면을 통하여 밖으로 재지향시킴으로써 상기 제 1 소스에 의해 방사된 대체로 모든 복사선이 상기 제 1 소스와 한 쌍인 복사선의 반 포물면 섹션위로 대체로 지향되는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 소스와 한 쌍인 반사기는 광학 축을 구비하며, 상기 재귀-반사기는 상기 광학 축에 수직으로 향하여진 평평한 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 재귀-반사기는 만곡의 중심을 갖는 오목 구면 반사기를 포함하며, 상기 구면 반사기는 상기 만곡의 중심에 근접하여 제 1 소스를 배치하도록 정렬되는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  22. 제 15 항에 있어서, 상기 타겟은 광학 광가이드인 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 광학 광가이드는 렌즈, 균질화기, 내부 반사 튜브, 광학 화이버, 및 광학 화이버 번들을 포함하는 그룹으로부터 선택된 유형인 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 광학 광가이드는 원형 단면 광가이드, 다각형 단면 광가이드, 테이퍼진 광가이드 및 그 조합들을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  25. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 소스들중 적어도 하나는 고강도 아크 램프인 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 고강도 아크 램프는 수은 크세논, 크세논, 금속 할라이드, HID, 텅스텐 할로겐, 및 할로겐을 포함하는 그룹으로부터 선택된 유형인 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  27. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 소스들중에서 적어도 2개 소스들은 상이한 강도들을 갖는 복사선을 방사하는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  28. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 소스들중에서 적어도 2개 소스들은 상이한 파장들을 갖는 복사선을 방사하는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  29. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 반사기들은 적어도 3개의 반사기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  30. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 소스들은 적어도 3개의 소스들을 포함하는 것을 특징으로 하는 카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
  31. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 반사기들중에서 적어도 하나의 반사기는 소정의 파장들을 갖는 복사선을 선택적으로 필터하도록 처리되는 것을 특징으로 하는카스케이드 전자기 복사선 수집 및 집속 광학 시스템.
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