TWI238235B - Optical system having dual ellipsoidal reflectors - Google Patents

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TWI238235B TW090105706A TW90105706A TWI238235B TW I238235 B TWI238235 B TW I238235B TW 090105706 A TW090105706 A TW 090105706A TW 90105706 A TW90105706 A TW 90105706A TW I238235 B TWI238235 B TW I238235B
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1238235 案號 90105706 修正 五、發明說明（1) 發明範疇 本發明是關於一種用以收集與縮聚電磁輻射的系統，特 別是關於一種系統，其中併合了大致為橢圓形反射器，可 藉以收集自某輻射源所放射之輻射，並且將所收集的輻射 聚焦置某一目標上。 發明背景 如反 量， 統可 波器 器的 為將 用 是分 諸反 說明 透鏡 一隹 能。 這項 線。 學能 收集 器可 種光學收集和縮聚系統，其中包括各種光學元件，諸 射器及透鏡，可接收來自於像是電燈之光源的光學能 並引導該光學能量朝向某一目標。特別是，本光學系 收集與縮聚電磁輻射，藉以將光能耦送至某一標準導 ，如單線光纖或光纖線束，或是將光能輸出到某投射 均化器（h〇m〇g e n i z e r )。本光學系統之功能性目的係 電磁輻射於該目標處的亮度（即流束密度）最大化。 以收集與縮聚來自於某光源之光線的光學系統，一般 為「同軸式」或「離_式」兩種。在同軸式系統裡， 射器會被配置於光源與該目標之間的光軸上。圖1即 一種已知的同軸式光學系統，該者利用一個具有顯影 的拋物面形反射器。該拋物面形反射器具有可照準自 點處所散發之光學能量而使其平行放射於其光軸的功 如圖1的光學系統藉由將該光源置於其焦點處來利用 拋物面形反射器的功能，以便照準來自於該光源的光 該光學系統内的某聚縮透鏡可接收大致既經照準之光 量，並重導該光學能量而朝向該目標。按此方式，可 該光學能量並聚於該目標處。利用這種拋物面形反射 進一步地提供各種款式的光學濾鏡應用，藉以改善光
O:\69\69660-910531.ptc 第6頁 1238235 _案號 901Q5706 五、發明說明（2) 修正 學系統的效能與耐用性。然而，光線發散會沿著反射器而 連續性地變化，而旅經靠近該光軸的光線會具有最大的發 散結果。因此，系統的放大效果會隨著自光源處發送之光 線所採行的不同路徑而改變，造成系統亮度劣化的結果。 除此之外，聚焦透鏡會產生扭曲影像，即使是在完美條件 下亦然，而在真實作業裡通常是會產生惡質的偏離影像， 會大幅地增加影像尺寸並降低目標處的流束密度。
圖2說明另一種已知的同軸式光學系統。該系統利用一 個橢圓形反射器，該者具有讓所有發自於某一焦點處之光 線皆被導向到第二焦點處的功能。如圖2之光學系統使用 一個橢圓形反射器，其中光源位在第一焦點處，而目標位 在第二焦點處。即與前一種系統相同，本同轴式光學系統 會有亮度劣化問題，這是因為光線發散會伴隨著反射器而 變化所產生的，其中旅經光轴附近的光線會具有最大的發 散程度。 >
整體來說，同軸式光學系統一般會因耦射而漏失亮度的 基本限制之問題，因而劣化整體光學照明與投影系統效 益。特別是，已知同軸式光學系統内的反射光束發散現象 係非所欲地根據自輻射源而來之發送角度而定。此外，同 軸式光學系統的輸出大致為圓形與對稱，並因而或,不適於 非圓形目標，像是投影所應用之長方形的均化器。 而在離軸式光學收集系統中，各個反射器係被列放在光 源與該目標之間離於光軸的位置處。例如，圖3即說明一 種光學系統，其中光源係位在回溯反射器的焦點上，而目 標則是位在主反射器的焦點處，這些反射器是位在離開於
O:\69\69660-910531.ptc 第7頁 1238235 _案號 90105706 五、發明說明（3) 修正 光源與該目標之間的光軸處。在本光學系統中，來自於光 源的光學能量反射於該回溯反射器，並行旅至該主反射 器。然後，該光學能量自該主反射器反射而收斂於目標 處。
按如圖3的離軸式系統，當系統的數值孔洞極小時，對 於所有光線角度其放大效果非常近似於一比一。而當使用 者利用具有較高數值孔洞的反射鏡時（如嘗試收集更多來 自於相同光源的光學能量），角度愈大則光線會按較大的 發散角度而反射，造成放大效果偏離於一比一。同樣地， 放大效果會減少目標處的亮度以及整體性的光學系統效能 降低。放大效果的偏離量係根據反射鏡大小、曲面半徑以 及弧燈與目標之間的間隔而定。因此，如圖3的組態方式 會較適合於採行細小數值孔洞的應用方面。
而亦已知不同種類的離軸式光學系統。例如美國文字專 利案號4，7 5 7，4 3 1 (「’ 4 3 1專利」）提供一種採用離軸式球 型凹面反射器的縮聚與收集系統，該者可強化照明某小型 目標的最大流束密度，和提高該小型目標可收集之流束密 度的量數。該’ 4 3 1專利光學系統的強化結果是由美國文字 專利案號5，4 1 4，6 0 0 (「’ 6 0 0專利」）所提供，其中該離軸 式凹面反射器係屬橢圓形，以及由美國文字專利案號 5，4 3 0，6 3 4 (「’ 6 3 4專利」）所提供，其中該離軸式凹面反 射器係屬環形。雖然’ 6 3 4專利中所說明的環型系統可校正 像散現象，而’ 6 0 0專利的橢圓形系統可提供比起’ 4 3 1專利 之球型反射器較為精準的耦射結果，這些系統各者皆須要 求在曲型反射表面上施加一光學鍍層，而此屬相當昂貴
O:\69\69660-910531.ptc 第8頁 案號 90105706 1238235 五、發明說明（4) 者，且不易施以均勻厚度。 整體說來，已知的離軸式光學系統可在目標處提供約略 為一比一（即無放大）的光源影像，並保留其亮度。然而， 在已知的離軸式系統中，當藉由擴大反射器的收集角度來 增加所收集的光量時，放大效果就會偏離一比一。如此， 當收集愈多來自於光源的光學能量部份俾增加光學密度 時，光學系統的整體效能即出現劣化。 為解決已知之光學收集與聚縮系統中的各項問題，美國 專利申請序號0 9 / 6 0 4，9 2 1提供一種同軸、雙拋物面形反射 器系統，在許多方面皆較前述諸已知系統為有利，包括可 對細小尺寸之光源達到近似一比一的放大效果。這種光學 收集與聚縮系統，即如圖4所述，採用了兩個大致對稱的 拋物面形反射器，置放以於第二反射器的相對應區段位置 處接收到反射自第一反射器的光線。特別是，發自光源的 光線會由第一拋物面形反_器所收集，並沿光軸所照準而 朝向該第二反射器。該第二者收到經照準之光線光束，將 該光線對焦於位在焦點上的目標處。 為有助於說明本光學系統，圖4包含了三個發射自該光 源處之不同光線（a、b與c)的光學路徑。光線a在交會第一 拋物面形反射器之前旅經相當短近的距離，不過光線a在 第一拋物面形反射器處的發散程度會相當地大。相對地， 光線c在光源與第一拋物面形反射器之間旅經一段距離， 但是在第一拋物面形反射器處具有較小的相對發散程度。 而光線b位於光線a與c之間，在交會第一拋物面形反射器 之前旅經了中等距離，而具有中等的發散結果。在本光學
O:\69\69660-910531.ptc 第9頁 1238235 案號 90105706 年Γ月曰 修正 五、發明說明（5) 系統裡，由於兩個拋物面形反射器的對稱性之故，光線 a、b和c會反射於第二拋物面形反射器的對應位置處，使 得各個光線在該第二拋物面形反射器與目標之間的距離， 會等於光源與該第一拋物面形反射器間的距離。按此，該 第二反射器可補償其發散結果。因此，本光學系統可收集 與聚縮來自於光源的光學能量而具近似一比一放大效果， 並且保留光源亮度。 如圖4的光學系統可進一步併同該第一反射器而利用一 個回溯反射器，藉以捕捉光源朝遠離該第一拋物面形豕射 器之方向而發出的輻射，並將所捕捉之輻射反射回經該光 源。特別是該回溯反射器具有概為球狀的外型，其焦點大 致位在靠近光源處（即位於該第一拋物面形反射器的焦點 上）而朝向該第一拋物面形反射器，藉以增加由此所反射 的照準光線之密度。 然上述同軸、雙拋物面φ反射器光學系統會出現缺點， 這是因為光源極近於反射器的凸面。因此，該系統會於接 近光源處產生大角度發散結果（如沿像是光線a的路徑）。 而特別是大角度的發散結果會引起行旅於沿著像是光線a 路徑的光學能量跨泛於該第二拋物面形反射器上相當廣的 區域’因而造成不需要的偏離現象和竞度漏失。 有鑑於現知的光學收集與聚縮系統中各項缺失，故對於 光線自小型光源處耦射至明亮與投影系統的改良方法與系 統確存需求。 發明概述 因應於前揭需求，本發明可提供一種經改良之光學收集
O:\69\69660-910531.ptc 第10頁 1238235 _案號 90105706 五、發明說明（6) 修正
與聚縮系統。本項用以收集與聚縮電磁輻射之改良系統， 採用了對置之反射器以於目標處達到來源影像與聚焦影像 之間的單元放大，或近似於單元放大結果，藉此於目標處 產生最大聚焦.密度。特別是，本發明係針對一種光學裝 置，可用以收集來自於某電磁輻射源的電磁輻射，並將所 收集的電磁輻射聚焦於待加照明之目標上，而至少某部份 的電磁輕射確由該光源所放射。該裝置包括第一與第二反 射器，在此各個反射器一般含有旋轉橢圓形至少某一部 份，並且具有光軸和光軸上的兩個焦點。一光源約略位於 該第一反射器的第一焦點處，可產生收斂於該第一反射器 第二焦點上的輻射光線。而相對應於該第一反射器，可置 放並導向該第二反射器以便讓自該第一反射器所反射之輻 射光線，可收斂於該第二反射器的第一焦點處。然後該輻 射光線會繼續前進，一直到由該第二反射器所反射並聚焦 朝向位於該第二反射器第二焦點上的某目標。該第一反射 器與第二反射器具有大致相等的尺寸與外型，並可按彼此 光學對稱的方式而擺置，藉以讓由該第一反射器表面局部 所反射的各輻射光線，會由該第二反射器對應之表面局部 所反射而朝向目標，以達到單元放大效果目的。
可藉一回溯反射器而該第一反射器併同應用，俾捕捉光 源按遠離於該第一反射器方向上所發送之輻射，並將所捕 捉之輻射反射回經該光源（如經該第一反射器的第一焦點） 而朝向該第一反射器，藉以增加由此所反射的光線密度。 該第一與第二反射器的形狀可依系統需要而導源於橢圓 形。同樣地，該第一與第二反射器亦可具有近似於橢圓形
O:\69\69660-910531.ptc 第11頁 1238235 _案號 90105706 五、發明說明（7) 修正 之環型或球面形狀。 圖式簡單說明 現參酌於附圖以說明本發明具體實施例，在此各圖中類 似諸元或功能是按相近編號所表示： 圖1為一現有之同軸式聚縮與收集光學系統剖視略圖， 該者採用一拋物面形反射器與一聚焦透鏡； 圖2為一現有之同軸式聚縮與收集光學系統剖視略圖， 該者採用一橢圓形反射器； 圖3為一現有之離軸式聚縮與收集光學系統剖視略圖; 圖4為一現有之離軸式聚縮與收集光學系統剖視略圖， 該者採用兩個拋物面形反射器； 圖5為一根據本發明之具體實施例，採用兩個橢圓形反 射器之離軸式聚縮與收集光學系統剖視略圖； 圖6為一根據本發明另一具體實施例，採用兩個具有較 大離心率的反射器之離軸式聚縮與收集光學系統剖視略 圖， 圖7 A- 7 J為複數個導波目標剖視略圖，可作為本發明之 具體實施例應用者。 示範性具體實施例詳細說明 茲參酌於諸圖以說明本發明各項示範性具體實施例。彼 等具體實施例可闡述本發明原理，且不應被視為限制本發Φ 明範疇。 現參見圖5 - 6，所示者為本發明之代表性較佳具體實施 例，按此本發明係有關於下列四種主要元件： 1 · 電磁源 *
O:\69\69660-910531.ptc 第12頁 1238235 案號 90105706 ,/年广月9/日_修正 五、發明說明（8) 該電磁源1 0以一種具有包封1 2的光源為佳。該來源1 0最 好是含有狐燈，如氙（X e η ο η )燈、金屬鹵化物燈、Η I D燈 或是水銀燈。對於某些應用，亦可採用像是鹵素燈的絲 燈，只要該系統係經修改而如後文中所詳述般得以容納非 不透明性的燈絲即可。然而，任何具類似或略小於其目標 尺寸之電磁輻射源皆可採用（如光纖、絲燈、氣體放電 燈、雷射、LED、半導體等等）。 在此，該電磁源之尺寸最好是由密度等值圖1 / e密度所 定義，該者可描述出光源亮度的特徵（流束密度除以角__延 展量）。亮度與弧溝大小有關，並可決定麵射效率的理論 極限值。就某種特定的弧燈情況而言，該等值線型近似於 軸形對稱，並為電子速率、電極設計和成份、氣體壓力、 弧溝大小和氣體成份的複變函數。對於某種具有非球形曲 面包封的特定弧燈，由反射器所造影之光源的實際相對位 置與密度分布會形成偏差專象。這是由於包封外型之故， 該者實可視為一種透鏡，並因此需要補償性光學元件。可 藉由修改反射器設計以補償因包封所產生之像散問題，或 是於光源與目標之間插置一修正性光學物件，來達到光學 補償的目的。此外，亦可對該包封施以光學鍍層，以將 F r e s n e 1反射最小化，並藉此將目_標處可收集輻射提高到 最大值，或以控制及/或過遽輻射流束。 2.第一橢圓形反射器 該第一橢圓形反射器2 0最好是包含了具有光軸2 2以及焦 點2 4與2 6之某旋轉橢圓的局部。該第一橢圓形反射器2 0最 好是具有一反射性鍍層2 8 (如鋁質或銀質），並且該表面
O:\69\69660-910531.ptc 第13頁 1238235 案號 90105706 修正 五、發明說明（9) 係屬極佳拋 20可為鍍有 如，該鍍層 反射性，適 射器第一焦 射會被反射 處。其中該 形反射器2 0 3.第二橢 該第二橢 點3 4與3 6之 可是具有一 第二橢圓形 好是與該第 該第二橢 圓形反射器 射器3 0的第 該第二橢圓 反射器3 0的 器2 0與該第 影像與來源 橢圓形反射 線，會被該 及聚焦，藉 在本揭示情 光者。對某些應用來說，該第一橢圓形反射器 波長選擇性多層介電鍍膜之玻璃所製成。例 2 8可為一種冷性鍍層，僅對可見波長具有高度 合於可見光應用。連同置放於該第一橢圓形反 點2 4處的光源1 0，接觸到該反射器2 0的電磁輻 為能量光束，收斂於該反射器2 0的第二焦點2 6 光源2 0為一弧燈，其弧溝以相對於該第一橢圓 的焦距屬細微者為較佳。 圓形反射器 圓形反射器3 0最好是包含了具有光軸3 2以及焦 某旋轉橢圓的局部。該第二橢圓形反射器3 0也 鍍層3 8 ，可如前述般選擇性地反射光能。該 反射器3 0或可與該第一反射器2 0不同，不過最 一反射器2 0為大致相同尺寸與大致相同形狀。 圓形反射器3 0的擺放與朝向，是為讓該第一橢 2 0所反射的電磁輻射可收斂於該第二橢圓形反 二焦點3 6處。該輻射會繼續行進，一直到碰觸 形反射器3 0的表面，並因而朝向該第二橢圓形 第一焦點3 4處聚焦。為達到該第一橢圓形反射 二橢圓形反射器3 0間的單元放大效果（即聚焦 的尺寸大致相等），很重要的一點是，該第一 器2 0表面局部所反射及聚焦的各個電磁輻射射 第二橢圓形反射器3 0所對應之表面局部所反射 以於第一焦點3 4處產生最高可能亮度的焦點。 境裡，該第一橢圓形反射器2 0與該第二橢圓形
O:\69\69660-910531.ptc 第14頁 1238235 案號 90105706 修正 五、發明說明（10) 反射器3 0是彼此相對的擺放和朝向方式，是為藉以讓各個 照準於該第一橢圓形反射器2 0表面局部的電磁輻射射線， 會由該第二橢圓形反射器3 0所對應之表面局部所聚焦，而 這種方式即稱為按彼此互相「光學對稱」的反射器配置方 式。 4 .目標
該目標5 0為一要求以最高可能密度之照明的細小物體。 在較佳具體實施例中，該目標5 0為一導波器，像是單芯光 纖、熔接光纖線束、光纖線束，即如圖6所示。該目標的 輸入端（如光線的近端）位於該第二橢圓形反射器3 0的第一 焦點3 4處，以接收該第二橢圓形反射器3 0所聚焦的電磁輻 射射線。 當本發明光學收集與聚縮系統用於照明或影像投影應用 時，會需要均化該目標處的輸出密度圖像，而讓輸出更為 均勻。例如，為像是内視灰醫療處理進行照明，會希望具 有均勻照明效果，讓醫師得以觀察到照明的中央及周邊區 域而具有等同的清晰度。在利用光纖的照明情況裡，均勻 密度可提供更高的功率以耦射至特定光纖組態，而不會因 熱點而受損。在投影的情形下，會需要均勻密度以於螢幕 處產生出均勻密度的圖像。特別是，為視覺美觀起見，顯 示影像的中央與周邊最好是具有相等亮度為佳。 因此，該目標可為一均化器，即如圖5所示，可調整輸 出密度圖像。該導波器之剖面可如圖7A-7F所示為一多邊 形（正方形、長方形、三角形等等）或為如圖7G - 7Η所示為 一圓形（環狀、橢圓狀等等）。
O:\69\69660-910531.ptc 第15頁 1238235 案號 90105706 修正 五、發明說明（11) 根據依照數值孔洞與大小的輸出要求而定，該均化器可 為由較小逐漸到較大尺寸或相反。如此，該目標5 0可為一 如圖7 I所示之漸增導波器，或為一如圖7 J所示之漸減導波 器。如此，該均化器可改變其照明輸出形狀。例如，在投 影顯示裡，其中某影像源6 0放在該目標5 0的輸出串流處而 經由聚縮透鏡80與投影透鏡90以產生投影影像70，該均化 器的理想輸出會是一長方形，其寬度-長度比為4比3或是 1 6比9，或依照顯示格式而為其他比例。然而，在兩個方 向上的照明輻射角度應為近似，並讓該圓形投影透鏡90可 更有效地配用於該光學系統。 該目標與光源雖和本發明收集與聚縮系統密切相關，不 過，依照廣泛觀點而言，本發明係相關於應用兩個大致相 等尺寸和形狀的反射器，而經配置以分享某單一焦點（如 該第一橢圓形反射器2 0的第二焦點2 6與該第二橢圓形反射 器3 0的第二焦點3 6是大致位在相同位置處）。 現繼續說明本收集與聚縮系統，在如圖5 - 6的配置方式 裡，該第一橢圓形反射器2 0與該第二橢圓形反射器3 0是按 彼此相反、面對關係而排立，且凹面相互朝向對方。可藉 由配置該第一橢圓形反射器2 0與該第二橢圓形反射器3 0 ， 使得個別的光軸2 2和3 2為同線性”並使得該第一橢圓形反 射器2 0的反射表面係按與所對應之該第二橢圓形反射器3 0 的反射表面彼此相反、面對關係而排立，來達到圖5 - 6中 的光學對稱性，獲致單元放大效果。 在圖5 - 6中，繪有三條光線a、b與c，以按照光源1 0所產 生之電磁輻射的不同可能路徑，來說明反射器各項功能。
O:\69\69660-910531.ptc 第16頁 1238235 _案號 90105706 五、發明說明（12) 9!年f月曰 修正 在圖5-6中，光線a、b與c大致上位於與圖4相同位置處， 藉以說明本光學發明對於減少偏離現象的效果。發自於光 源1 0的光線a、b與c各個會於不同點處接觸到該第一橢圓 形反射器2 0，各個點處相對於該光源1 0具有不同的距離。 不過，各個光線a、b與c也會從該第二橢圓形反射器3 0的 對應位置處聚焦於目標5 0上，按此產生這三個光線的1 : 1 放大結果。
即如前述，光線a對於該光源1 0和該第一橢圓形反射器 2 0具有最短距離，並因而相較於光線b與c會產生較大的發 散結果。利用本發明光學系統，由光源而來的輻射會由該 第一反射器2 0的第一焦點2 4聚焦至第二焦點2 6處。因此， 由該光源1 0而來的輻射所旅經之距離，即使是由像是光線 a的高角度所發出者，會比起圖4中利用拋物線形反射器之 系統内的對應距離為長得多。較長的距離可減低偏離現 象，因為光線a、b與c的距_離會變得較為均勻。
為更進一步減低偏離現象，圖6顯示本發明的另一種具 體實施例，其中該第一與第二橢圓形反射器2 0 ’和3 0 ’具有 較大的離心率（即該第一與第二橢圓形反射器變得更圓）。 本具體實施例的第一與第二橢圓形反射器2 0 ’和3 0 ’較大曲 率，是確可縮減該第一橢圓形反射器2 0 ’的第一焦點2 4 ’與 該第二橢圓形反射器3 0 ’的第一焦點3 4 ’之間的距離。同 時，該第一與第二橢圓形反射器2 0 ’和3 0 ’較大的曲率，會 提高該第一橢圓形反射器2 0 ’與其第一焦點2 4 ’沿著光線a 上的距離。同樣地，該第二橢圓形反射器3 0 ’與其第一焦 點3 4 ’沿著光線a上的對應距離也會增加。因此，對於圖6
O:\69\69660-910531.ptc 第17頁 1238235 案號 90105706 曰 修正 五、發明說明（13) 裡各個光線a、b與c由該輻射源1 0 ’與該第一反射器2 0 ’所 旅經的距離（以及光源1 0 ’與目標5 0’間的總距離），就會比 起圖5的具體實施例而言相對地更為均勻。這項特性可讓 系統於光源與目標之間產生較低的偏差結果，即使是對於 旅近該光軸2 2 ’處的電磁能量亦然，即如類似於光線a行旅 路徑之能量。 藉比較圖5與圖6中相同光線c的路徑，即可看出圖6的具 體實施例利用涵蓋較大橢圓形部份的反射器2 0 ’和3 0 ’ ，以 便收集相同角度的光源1 0輸出輻射。然而，可得知圖Μ里 的反射器2 0 ’和3 0 ’具有與如圖5裡的反射器2 0 ’和3 0 ’近似 相同的直徑。 即如圖5和6所示，本發明收集與聚縮系統可併同應用回 溯反射器4 0，該者在本具體實施例裡，是一球面回溯反 射器。該回溯反射器4 0係經放置以捕捉光源1 0所放出而原 不會觸及該第一橢圓形反暫器2 0的電磁輻射。更詳細地 說，該球面回溯反射器4 0係建構並配置，而讓光源1 0按遠 離於該第一橢圓形反射器2 0的方向所放出之電磁輻射，會 被該回溯反射器4 0反射返經該第一橢圓形反射器2 0的第一 焦點2 4，並由此而朝向該第一橢圓形反射器2 0。這個額外 而從該第一橢圓形反射器2 0所反射的輻射，會被加入直接 由光源1 0處而觸及該第一橢圓形反射器2 0的輻射裡，藉以 增加反射朝向該第二橢圓形反射器3 0的輕射密度。因此， 在該第二橢圓形反射器3 0第一焦點3 4處的輻射密度也會提 高。 如係採用絲燈作為光源1 0，則無法導向該回溯反射器4 0
O:\69\69660-910531.ptc 第18頁 1238235 _案號 90105706 五、發明說明（14) 修正 以讓其將輻射聚焦返經該第一橢圓形反射器2 0的第一焦點 2 4，這是因為經回溯反射之輻射會被位於第一焦點2 4處的 不透明絲線所阻斷。在此情況下，該回溯反射器4 0的位置 必須加以調整，好讓經回溯反射的輻射可行旅接近但不會 正好經過該第一焦點2 4處。 然應瞭解現有諸多不同種類的回溯反射器4 0，並皆得應 用於本發明。例如，即如該球面回溯反射器4 0的一種替代 者，可由一種二維角錐立方陣列（未以圖示）來執行該回溯 反射功能，而其單位元素尺寸係按光源1 0之弧絲大小數階 或略小者。施用該二維角錐立方陣列可不需要對回溯反射 器精確定位，並可於光源1 0弧絲處產生較緊密的焦點。 而應進一步瞭解雖然前揭諸多具體實施例說明包含具有 橢圓形狀之第一與第二反射器的組態，但本發明既知並預 期該等第一與第二反射器2 0和3 0可為按略異於理想性幾何 橢圓形狀的造型而為近似：例如，該等第一與第二反射器
2 0和3 0可將橢圓形狀替以補償各項參數，如燈泡包封、濾 光鏡等。本例中，概為橢圓形的第.一與第二反射器2 0和3 0 其偏差部份可屬輕微，而最終輸出可略異於最佳值者。亦 得引入反射器形狀的偏差部份以降低反射器2 0和3 0的成 本，或是專為某特定光燈或弧燈款式以增加效能。例如， 本發明既知並預期該等橢圓形反射器2 0和3 0可由環型反射 器（具有兩個垂直與互異的曲率半徑）或是球面反射器所逼 近，該者可按較低相對成本而製作。如果採用非橢圓形反 射器，則耦射輸出或無法成為最佳值，不過對該等反射器 2 0和3 0所降低的費用，確足優於因較無效益耦射方式所生
O:\69\69660-910531.ptc 第19頁 1238235 案號 90105706 修正 五、發明說明（15) 的漏失性。 前已提出本發明多種範例。彼等範例係為說明本發明某 些可能的實作方式，而非用以限制本發明範疇。 範例 根據本發明之示範性光學系統第一組對採用一種低瓦數 光燈，約略為1 0 0瓦之階數，以作為其光源。在一根據如 圖5具體實施例之反射系統中，第一與第二反射器各者具 有2 . 5英吋的直徑，且光源與目標之間相隔（即焦點之間的 距離）約為5英吋。相對地，根據如圖6具體實施例之較大 離心率的低瓦數反射系統中，則採用近似尺寸的第一與第 二反射器，各者直徑約為2 . 5英吋，不過光源與目標之間 的距離約為2英吋。 在較高瓦數的應用中，光學系統會相對較大，藉以提供 所欲之較高電磁能量水準的收集效果，並以容納或為較大 的光燈。例如，當使用高_瓦數光燈時，如約略為5，0 0 0瓦 之階數並按圖5組態，各個主反射器具有直徑2 0英吋，而 光源與目標之間相隔約為4 0英对。如前’圖6之具體貫施 例採用相同尺寸的主反射器，但可減低光源與目標間的距 離。例如，根據於圖6具體實施例的示範性高瓦數光學系 統也採用具有約略2 0英吋直徑的-第一與第二反射器，但是 具有光源與目標之間相隔距離為1 6英吋。 結論 本發明即如前述，對於熟諳本項技藝之專業人士而言， 可按不同方式改變相同項目，但仍不偏離本發明精神與觀 點碟為顯而易見。任何與一切修飾結果皆應含括於後載之
O:\69\69660-910531.ptc 第20頁 1238235 案號 90105706 曰 修正 五、發明說明（16) 申請專利範圍内 1111 O:\69\69660-910531.ptc 第21頁
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Claims (1)

  1. bi23823S修(更)正本 ______案號05706 年月日 修正 11 ..... ........... 丨丨 11 ""丨|丨_|·— " ·ιι 丨丨丨 .............. I — ' I 丨丨 六、申請專利範圍 1. 一種具有雙橢圓形旋轉式反射器之光學裝置，包含： 一電磁輻射源； 一目標被由該輻射源所散發之電磁輻射的至少一部份所 照射； 一第一反射器，具有一光軸和在該光軸上的第一和第二 焦點，該輻射源約略位於該第一反射器的第一焦點處，以 產生由該第一反射器所反射，而實質上收斂於該第二焦點 上的輻射光線；與 一第二反射器，具有一光軸和在該第二反射器之光軸上 的第一和第二焦點，該目標係約位於該第二反射器第一焦 點處，以接收傳通於該第二反射器第二焦點並由該第二反 射器所反射而實質上收斂於該第二反射器第一焦點處的輻 射光線，該第二反射器係相對於該第一反射器而配置與定 向，以讓該第一反射器的第二焦點與該第二反射器第二焦 點為實質上鄰近，並且該第一反射器的光軸與該第二反射 器的光軸實質上為同線性。 2. 如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該第一反射器與該第二反射器約為相同 尺寸和形狀，並且相對彼此具有對應大小和光學定向，讓 實質上該第一反射器表面局部所反射的各個輻射光線會由 該第二反射器上相對應之表面局部所反射，藉以達到輻射 源與目標間實質上的單位放大效果。 3. 如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該第一反射器具有一鍍層，可僅反射電
    O:\69\69660-940506.ptc 第23頁 丨12$83]35肖免更)正夺、ί | ， 案號9〇i〇i706_年月曰 修正_ w六^申請專利範圍 磁輻射光譜中所預先標定的部份。 4 .如申請專利範圍第3項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該鍍層可僅反射可見光輻射、預先標定 輻射頻帶或是特定之輻射色彩。 5 .如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該第一與第二反射器各者包含實質上為 旋轉橢圓之至少一部份。 6 .如申請專利範圍第5項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該第一與第二反射器各者更包含非橢圓 之部份。 7 _如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該第一與第二反射器各者包含實質上為 旋轉環型之至少一部份。 8 ·如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該第一與第二反射器各者包含實質上為 旋轉球面之至少一部份。 9.如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中由該電磁輻射源所散發之電磁輻射一部 份會直接觸及該第一反射器，而一部份則不會直接觸及該 第一反射器，並且其中該裝置更包含一額外的反射器，經 架構且配置以反射該不會直接觸及第一反射器之部份中至 少一部份，而傳經該第一反射器第一焦點以朝向該第一反 射器，俾增加收斂光線的流束密度。 1 〇 ·如申請專利範圍第9項之具有雙橢圓形旋轉式反射器
    O:\69\69660-940506.ptc 第24頁 修(吏)正厂 _\_案號 90105706 Λ_ 曰 修正 六、申請專利範圍 之光學裝置，其中該額外的反射器包括一置放在相對於該 第一反射器之光源邊側上的球面回溯反射器，以反射該電 磁輻射源所散發而遠離於該第一反射器之電磁輻射，而傳 經該第一反射器第一焦點以朝向該第一反射器。 1 1.如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該第一與第二反射器的光軸實質上彼此 重合，且其中該第一與第二反射器係按相對、彼此互朝之 方式所配置。 1 2.如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該輻射源為一光線發散之弧燈。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之具有雙橢圓形旋轉式反射 器之光學裝置，其中該孤燈可由氙（xenon)燈、金屬鹵化 物燈、Η I D燈或是水銀燈中所擇定。 1 4.如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該輻射源包含一絲燈。 1 5.如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該目標包含一導波器，可由單芯光纖、 光纖線束、熔接光纖線束、多邊形桿體、中空反射性光管 或是均化器之群組中所擇定。 1 6.如申請專利範圍第1 5項之具有雙橢圓形旋轉式反射 器之光學裝置，其中該導波器可由包括圓形剖面導波器、 多邊形剖面導波器、尖化導波器或其等組合之群組中所擇 定。 1 7 ·如申請專利範圍第1 6項之具有雙橢圓形旋轉式反射
    O:\69\69660-940506.ptc 第25頁
    修(更)王 Λ_Ά 曰 修正 六、申請專利範圍 器之光學裝置，其中該導波器可為長方形以產生具有寬度 長度比為4比3或是1 6比9的輻射輸出。 1 8 .如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中更包含一由收集且聚縮於目標處之輻射 所照明的影像源，其中該影像源包含一收存影像，而該收 存影像是由該輻射所投影。 1 9 .如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中更包含一光纖，該光纖係由收集且聚縮 於目標處之輻射所照明，該光纖可釋放出既已收集且聚縮 之輻射，以提供所欲位置的照明之用。 2 0 .如申請專利範圍第1項之具有雙橢圓形旋轉式反射器 之光學裝置，其中該第一與第二反射器各者具有大於輻射 源與目標間之距離的直徑。 2 1 . —種光學裝置，用以收集一電磁輻射源所散發之電 磁輻射，並將收集到的電磁輻射聚焦於某目標上，該裝置 包括： 一包含有凹曲面旋轉至少一部份的第一反射器，該第一 反射器具有一光軸和在該光轴上至少兩個焦點，當一電磁 輻射源位於該第一反射器的第一焦點處時，該第一反射器 可產生由該第一反射器所反射而收斂於該第一反射器第二 焦點處的輻射光線；以及 一包含有凹曲面旋轉至少一部份的第二反射器，該第二 反射器具有一光軸和在該光軸上至少兩個焦點，該第二反 射器係相對於該第一反射器而配置與定向，以讓該第一反
    O:\69\69660-940506.ptc 第26頁 12382350- 案號 90105706 年 月 曰 修正 且 並 性 線 同 為 上 質 實 軸 光 的 器 射 反二 第 該 與 圍車 说光 利 專的 請忌口 中口? 六射 該上 讓質 以實 ，為 向點 定焦 與二 置第 配器 而射 器反 射二 反第 一該 第與 該點 人、、#uu'' 對二 相第 器的 § 5α 反射 二反 第一 該第 傳向 會朝 ，導 線重 光器 輻反 斂二 收第 之該 射被 反並 所， 器點 IT 反二 一第 第的 該器 時反同一 ，第 近該 鄰經 位 約 口IS 口 射 。置狀 罾學# 目Λ 吣之Ρ 點i同 !、項目 -uu°flp 隹：1才一 Μ為 第 豸圍❸ 5,05,口 射I射 二請二 第 第 該nf該 於纟與 第 該 中 其 反 彼 對 相 按 且 並 部表 局之 面應 表對 器相 射上 反器 一射 第反 該二 上第 質該 實由 讓會 而， ，線 置光 己 画身 所輻 稱個 對各 學的 光射 為反 此所 放 位 單 的 上 質 實 間 標 目 與 源 射 β 到 達 以 藉 射 反 所。 部果 局效 面大 含 包 更 中 其 置 裝 學 光 之 項 11 2 第 圍 範 利 專 請 中 如 第 及 觸 接 直 會 不 該 射 反 以 置 配 且 構 架 經 器 射 反 的 外 額 第度 器密 射束 反流 一的 第線 該光 經斂 傳收 而加 ， 增 份俾 部， 某器 少射 至反 中一 份第 部該 之向 器朝 射以 反點 的 外 額 該 中 其 置 裝 學 光 之 項 3 2 第 圍 範 利 專 請 申 如 第 該 於 對 相 在 放 置 1 括 包 器 射 反 上 側 邊 源 射 輻 之 器 射 反 於點 離焦 遠一 而第 發器 散射 所反 源一 射第 輻該 磁經 電傳 該而 射， 反射 以輻。 ，磁器 口31口^弓 射之反 反器一 溯射第 回反該 面一向 球第朝 的該以 與一 第 該 中 其 置 裝 學 光 之 項 -·* 2 第 圍 範 利 專 請 中 如 第 與一 第 該 中。 其置 且配 ，所 合式 重方 此之 彼朝 上互 質此 實彼 轴 、 光對 的相 器按 射係 反器 二射 第反
    O:\69\69660-940506.ptc 第27頁 942S8f3条修(更)正本 ° 9010 >706 曰 修正 六、申請專利範圍 2 6 ·如申請專利範圍第2 1項之光學裝置，其中該第一與 第二反射器各者包含實質上為旋轉橢圓之至少一部份。 2 7.如申請專利範圍第2 6項之光學裝置，其中該第一與 第二反射器各者更包含非橢圓之部份。 2 8.如申請專利範圍第2 1項之光學裝置，其中該第一與 第二反射器各者包含實質上為旋轉環型之至少一部份。 2 9 .如申請專利範圍第2 1項之光學裝置，其中該第一與 第二反射器各者包含實質上為旋轉球面之至少一部份。 3 0 .如申請專利範圍第2 1項之光學裝置，其中該第一與 第二反射器各者具有大於輻射源與目標間之距離的直徑。 3 1 . —種用以收集一電磁輻射源所散發之電磁輻射並將 收集到的電磁輻射聚焦於某目標上之方法，該方法包括了 下列步驟： 定位安置該電磁輻射源於一第一橢圓形反射器的第一焦 點處，讓該第一反射器可產生由該第一反射器所反射且收 斂於該第一反射器第二焦點處的輻射光線； 定位安置一第二橢圓形反射器，讓該第二橢圓形反射器 第一焦點與該第一反射器的第二焦點為實質上鄰近，其中 由該第一反射器所反射之收斂輻射光線，會傳經該第一反 射器的第一焦點，並被該第二反射器重導朝向該第二反射 器的第二焦點處；以及 將目標定位安置約於該第二反射器第二焦點處。 3 2 .如申請專利範圍第3 1項之方法，其中更包含導向該 第一反射器與該第二反射器的步驟，以讓該第一反射器的
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