JPH08501408A - 凹面のトロイダル反射鏡を使用して集束及び収集する光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 アークランプのような電磁放射線源は、凹面のトロイダル反射面の光軸から変位された点に置かれている。凹面の一次反射鏡は光軸から変位されている軸外れ像点で電磁放射線源からの放射線を集光する。トロイダルの反射面の使用は、軸外れ幾何学的形状によって引き起こされる収差をおおむね減少することによって球面の反射面に対して光ファイバのような小さいターゲットの中への収集効率を増大する。第２の凹面の反射鏡は、小さいターゲットによって収集された全光束をさらにまた収集するために第１の反射鏡の反対側に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 凹面のトロイダル反射鏡を使用して集束及び収集する光学システム 本発明の分野 本発明は、電磁放射線を収集及び集光するシステム、特に、光ファイバのよう な小さいターゲットに高放射輝度を供給するシステムに関する。 発明の背景 従来の電磁放射線のための収集及び集光設計は、点光源によって近似される放 射源からの最大光量を収集及び集光することを重要視している。放射線が従来の コヒーレントでない放射線源から生じるとき、従来の設計（すなわち、最大光量 の収集及び再指向）が放射光束を最小可能スポットサイズへ集光する目的と本来 相いれないため、これらの設計に基づいて小さいスポットを生じさせることは、 放射光束を減少させる結果になる。したがって、小さいスポットサイズの像は、 対応する光束密度が減少して得られる。 放射線を収集及び集光するために共通に使用されている２つの基本光学設計が ある。第１は、図１に示されるような集光レンズである。集光レンズは、色収差 及び球面収差の形成、比較的高価、本来困難なアライメント及び大きな空間を含 む幾つかの問題点を有している。図２に示されるようなだ円反射鏡もまた、従来 システムで使用される。これらの問題点もまた、高価及び避けられない像の拡大 （すなわち、光束密度の減少）を含む。これらのシステムの両方とも、前述のよ うに光束密度を犠牲にして点光源から最大光束量の再指向を重要視する傾向があ る。 その実施例が、参照することによってここに組み込まれている米国特許第4,75 7,431号は、小さいターゲットを照らす最大光束及び小さいターゲットによる収 集可能な光束密度量を増大する軸外れ球面の凹面反射鏡を使用する改良された集 光及び収集システムを記載している。この特許に記載されている軸外れ球面の凹 面反射鏡は、ある欠点、すなわち、軸外れ変位の方向に平行な非点収差及びこの 距 離を最小にするための要求に固有の物理的制約を有する。非点収差の結果は、こ のシステムの集光効率を減少し、それによってターゲットに収集された光束を減 少することにある。光源とターゲット間の軸外れ距離を最小にする（すなわち、 非点収差ひずみを最小にする）要求は、前述の実施例の光源及びターゲットの物 理的寸法に制約を強いる。変形可能な球面の凹面反射鏡の使用の教義は、２つの 直角を成す不均一な曲率を有するトロイダル反射鏡の使用に役立たない。 発明の要約 本発明は、米国特許第4,757,431号に開示されたシステムの改良したところを ３つの方法で示している。すなわち、（ｉ）それは、小さいターゲットへ電磁放 射線の点のような光源によって放出される放射線の集光及び収集を増大する。（ ii）それは、小さいターゲットへの収集可能な光束を増加する。（iii）それは 、特に好ましい実施例の実用システムへの転化では、米国特許第4,757,431号で 記載されるようなどんな“軸外れ光学システム”に対しても電磁放射線と小さい ターゲット間の収集及び結合効率を改良する。 これら及び他の目的を達成するために、本発明は、主要な光学構成要素として ２つの直交軸に沿って異なる曲率半径を有する凹面の反射面（すなわち、トロイ ダル反射鏡）、電磁放射線源及びターゲット（すなわち、光ファイバ）を使用す る。電磁放射線源及びターゲットは、凹面のトロイダル反射鏡（“軸外れ反射鏡 ”）の光軸の反対側に同様な距離で置かれている。ターゲットに最大光束密度を 集光するために、好ましくはトロイダル設計又はその代わりに球面設計のリトロ レフレクターが、トロイダル反射鏡上の電磁放射線源から、かつこの電磁放射線 源を通って後部に再反射及び再集光するために電磁放射線源の後部に置かれてい る。軸外れトロイダル反射鏡と共にリトロレフレクターは、ターゲットに集光さ れた放射線の収集可能な光束密度を最大にするシステムとしての役割を果たす。 このシステムは、２つの方法でターゲットに収集可能な放射線を実質的に改良す る。すなわち、（ｉ）反射鏡のトロイダル設計は、軸外れ幾何学的形状及びアー クランプのような典型的な電磁放射線源のガラスエンベロープの両者によって引 き起こされる非点収差を実質上補正する。（ii）リトロレフレクターは放射線源 の有効輝度を増加する。このシステムの最大光効率は、反射鏡及びターゲットを 光学的に合致させることによって得られるが、一方、ターゲットにおける最大光 束密度及び特にターゲットとして光ファイバによって収集可能な最大光束密度は 、システム効率を最大にすること及び放射線源、反射鏡及びターゲットを光学的 に合致させることの両者によって得られる。従来技術は、だ円反射鏡の“軸上” 又は変形可能な球面の凹面反射鏡の“軸外れ”の使用を教示しているが、実際、 非球面鏡の使用は高価である。本システムの重要な利点は、ターゲットに光を集 光するためにターゲットでの収集可能な光束密度が鏡の表面品質に影響を受けな い安価な非球面鏡、すなわち、トロイダルの使用である。 図面の簡単な説明 図１は、従来の集光レンズの概略図である。 図２は、従来のだ円レンズシステムの概略図である。 図３ａは、８球面反射鏡を使用する従来のシステムのｘ−ｚ面の概略図である 。 図３ｂは、１球面反射鏡を使用する従来のシステムのｙ−ｚ面の概略図である 。 図４ａは、本発明のｘ−ｚ面の概略図である。 図４ｂは、本発明のｙ−ｚ面の概略図である。 図５は、本発明の実施例の座標システムである。 図６ａは、ターゲットでの放射線の集光及び収集を最大にするために凹面球面 反射鏡のために最適な像位置を示す光線図である。 図６ｂは、ターゲットでの放射線の集光及び収集を最大にするために凹面トロ イダル反射鏡のための最適な像位置を示す光線図である。光収差を補償するため に２つの曲率半径を有することの結果は、理論的意味で最小の錯乱円の中へＩ1 及びＩ2をほとんど一つにまとめられることに注目。実用的な意味では、Ｉ1及び I2は、最小の錯乱円にあり（図６ａを参照）、最小の錯乱円における像のサイズ は、トロイダル設計が最適化される程度に依存する放射線源のサイズよりも大き い。 図７ａは、２つの軸外れ及び２つの二次リトロレフレクターを含むように拡大 された図３ａの光学的構造の概略図である。 図７ｂは、放射線源に依存する不均一な（トロイダル）又は均一な（球面）直 交面に２つの曲率半径を有する単一のほとんど半球形反射鏡に図５ａの２つの二 次リトロレフレクターを削減する。 図８は、反射鏡及び放射線源が一つの内蔵ユニットとして組み立てられ、かつ 実質的に製造される光学的構造の概略図である。 図９は、４つの軸外れトロイダル反射鏡によって電磁放射線源に結合された４ つのターゲットを含んでいる本発明の拡張である。 本発明の詳細な説明 下記の説明では、説明するためであって限定するためでない、本発明の完全な 理解を与えるために特定の番号、寸法、光学構成要素等のような特定の詳細が記 載されている。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細から逸脱する他の 実施例で実施されることは、当業者には明らかである。他の例では、周知の装置 及び技術の詳細な説明は、不必要な詳細で本発明の説明を不正確にしないように するために省略される。 本発明に従って形成された集光し、収集し、かつ集束する光学システムは、３ つの主要な構成要素（図４）からなる。第４の構成要素、すなわち、リトロレフ レクターは任意であるが性能を改善する。 （１）放射線源。電磁放射線の光点源。本発明に関連して、点光源は、その角 広がりが小さくて光束を４πステラジアンの中に放射する任意の小型の電磁放射 線源である。一般にこのような放射線源の直線角サイズはたった0.1ラジアンで ある。例えば、典型的な放射線源は、およそ50ｍｍの距離で凹面の反射鏡の前部 に配置されたおよそ１ｍｍのアークギャップを有する電気アークランプである。 実際、このような放射線源は拡張された放射線源である。好ましい実施例では、 これは、１ｍｍ以下のアークギャップを有する小型のキセノンアークランプ及び 石英ランプエンベロープ又は石英ウィンドウを有するセラミック外装体である。 しかしながら、ターゲットと同じサイズであるか又はターゲットよりも小さいい かなる電磁放射線源（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、ＬＥＤ、半導体等）も使用される。ここで、電磁放射線源のサイズは 、放射線源の輝度（角を形成する範囲にわたる光束密度）を特徴付けられる強度 等高線図の１／ｅ強度によって規定されるほうがより良い。輝度は、アークギャ ッ プのサイズに関連づけられ、結合効率の理論的制限を決定する。アークランプの 特定の場合に関しては、等高線図は軸対称に近似し、電気定格、電極設計及び構 造、ガス圧、アークギャップサイズ及びガス成分の複雑な関数である。非球面の 曲がったエンベロープを有するアークランプの特定の場合に関しては、反射鏡に よって結像された放射線源の有効相対位置及び強度分布は収差を受ける。これは 、本質的にレンズとして機能し、補償する光学素子を必要とするエンベロープの 形状によって引き起こされる。光学補償は、エンベロープによって引き起こされ る非点収差を補償するために反射鏡の設計を変更することによってか又は軸外れ 反射鏡（下記を参照）とターゲット間に補正レンズを挿入することによってかの いずれかで達成され得る。さらに、光学被覆が、フレネル反射を最小にし、それ によってターゲットでの収集可能な放射線を最大にするか又は放射線光束を制御 及び／又はフィルタするためにエンベロープに利用され得る。 （２）反射鏡。この反射鏡（軸外れ）は、ターゲット上の電磁放射線源からの 電磁放射線を反射及び集光する。その光軸は、それに対して放射線源とターゲッ トの両方が軸外れであるシステムのＺ軸を規定する。本発明に関しては、反射鏡 は、放射線源に対して凹面のトロイダル反射鏡の一部であり、そのために正確な 設計及び配置は放射線源及びターゲットの特性に依存する。これらの特性は下記 の通りである。ターゲットに対しては、（ｉ）サイズ、（ii）形状、（iii）軸 外れ変位（下記を参照）、及び（iv）光ファイバターゲットに対しては、開口数 、直径、ファイバの横軸と縦軸間の角度として規定される軸外れ反射鏡に対して 隣接する端部の角度、放射線源に対しては、（ｖ）サイズ及び輝度（vi）有効開 口数（vii）もし存在するならば、放射線源のエンベロープ又は外装体によって 引き起こされる非点収差。光学被覆が、反射を増大するか又は放射線光束を制御 及び／又はフィルタするために反射鏡面に利用され得る。付加的非点収差補正は 、レンズ、又は反射鏡と光学被覆又は誘電性被覆があるか又はないターゲット間 に挿入された傾斜プレートによって達成され得る。 （３）ターゲット。このターゲットは、可能な最高光束密度の電磁放射線で照 らされるか又は昭明される必要がある小さい物体である。好ましい実施例では、 それは、ほぼ１ｍｍ又はそれよりも小さい直径を有する単一の光ファイバである 。 光ファイバ、直径及び開口数の特性は、放射線源と反射鏡からなるシステムの光 学特性に合致されねばならない。収集及び透過の効率は、ファイバの入力端に光 学製品を付加することによって増大又は制御され得る。その代わりに、ターゲッ トは、単一の光ファイバ又は同じ形状又は違った形状、サイズ、材料及び開口数 を有し、かつ対称的か又は非対称的のいずれかに配置された光ファイバ群であり 得る。ファイバの端部は、一般にファイバの縦軸に垂直に平に研磨される。しか しながら、反射鏡に隣接する端部は、（ｉ）アークランプのような電磁放射線源 の非対称像及び軸外れ幾何学的形状及びランプエンベロープによって導入された 非点収差の両方を補償するために、（ii）光学収集システムのためにファイバの 相対開口数を変更するために及び（iii）システムの光軸に対する光ファイバタ ーゲットの隣接端部の縦軸の相対角を調整するためにある角度で研磨され得る。 （４）リトロレフレクター。リトロレフレクターは、８つの放射線源から及び この放射線源を通って後部に放射線を反射し、かつ再集光し、元の放射線源上に 放射線の反転された強度分布を置くことによって放射線源の輝度を有効的に増加 する。本発明の好ましい実施例では、リトロレフレクターは、放射線源に対する トロイダル反射鏡凹面の一部である。他の実施例では、リトロレフレクターは球 面反射鏡の一部である。その正確な設計は、ターゲットのサイズに対して放射線 源の形状及びサイズ（及び光ファイバターゲットの場合の開口数）並びにたとえ あるとしても、放射線源エンベロープによって必要とされる非球面補正に依存す る。さらに、光学被覆が、反射率を増大するか又は放射線光束を制御、フィルタ 、及び／又は減衰するためにリトロレフレクター面に利用され得る。 図４ａ及び４ｂは、本発明により理想化された集光及び収集システムを示す。 このシステムの光軸Ｏの両側に、各々がトロイダル反射鏡Ｍ１（軸外れ反射鏡） の曲率及び光軸の中心によって規定された光軸から距離ｙＯ変位された放射線源 ＳＯ及びターゲットＴがある。（トロイダル反射鏡の光軸は曲率半径の垂直交差 点に対する垂線として規定される。）また、リトロレフレクターは、その曲率半 径にほぼ等しい距離で放射線源を有する放射線源ＳＯの後部に配置される。好ま しい実施例は、放射する光束密度の最大集光のためにこのリトロレフレクターを 含むけれども、それは、ターゲットで放射線を集光、集束及び収集することに対 し て必須でない。 図４に示すように、軸外れ変位ｙＯは、放射線源ＳＯ及びターゲットＴに対し て等しい。本発明の実施に適応することでは、放射線源の軸外れ変位はターゲッ トの変位とは異なるかもしれない。後者に関しては、システムの有効光軸は、放 射線源とターゲット間に位置し、反射鏡の光軸とは異なる。この場合、有効シス テム光軸の正確な位置は、ターゲットの開口数及び反射鏡の有効開口数に依存す る。軸外れ反射鏡の光軸がシステムの光軸の正確な説明でないとき、このシステ ムの有効光軸は、放射線源の開口数を反射鏡の有効開口数及びターゲットの有効 開口数に適正に合致させることから決定される。もしターゲットの受容角内に光 を集光及び集束するために実際使用される反射鏡のその一部が、図４の全開口Ａ １よりも小さいならば、反射鏡の有効開口数は理論的開口数とは異なるだろう。 ターゲットの開口数が軸外れ反射鏡の開口数よりも小さいシステムに関しては、 反射鏡の有効開口数はその理論的開口数よりも小さい。 図４ａ及び図４ｂに示されるシステムの幾何学的形状は、ここで比較のために 示されている米国特許第4,757,431号、図３ａ及び図３ｂに開示されている幾何 学的形状と全く同様であることが観察されるだろう。その特許で説明されている ように、球面反射鏡の使用は、軸外れ反射鏡の曲率半径（ｒ）によって割られた 軸外れ距離の平方（ｙＯ²）は放射線源（ＳＯ）の範囲よりも小さいべきである という制約を強いる。後述されるように、この制約は本発明の拡張によって軽減 される。 上記で引用した特許は、（ｉ）球面凹面鏡に対して放射線源は、鏡の曲率半径 に等しいｚ軸に沿っての距離及び（ｙＯ²）／ｒ＜ＳＯのように軸外れの距離ｙ Ｏで配置されるべであること、（ii）したがって、ターゲットに対する最適な位 置は最小の錯乱円として規定される像点であること、を教示しているのに対して 、他の分析は、この位置にターゲットを位置決めすることは、米国特許第4,757, 431号で規定されているように必ずしも最適でないことを明かにする。その正確 な位置は、反射鏡の放射線源の特性及び／又はターゲットと放射線源間に配置さ れた透過レンズの特性に依存する。それはまた、ターゲットに依存し、特に、光 ファイバに関しては、その形状、サイズ、開口数（ＮＡ）及び軸外れ反射鏡に対 して 隣接した端部における光軸に対する断面角に依存する。したがって、本発明は、 ターゲットにおける放射光束の集束及び収集を増加及び増大する光学システムで ある。それはまたターゲットの照度を増加及び増大する。ターゲットとしてのマ ルチ光ファイバの場合、ファイバは、透過された放射光束を無作為に選択し、か つスクランブルし、それによって光収差及び光メモリを除去する活性素子として の役割を果たす。図５は、本発明の一つの実施例の座標システムをさらにまた示 す。 本発明の光学システムは、放射線源、ターゲット及び光学構成要素の多くの変 形によって組み立てられ得るため、所与のターゲットに対する最大収集可能光束 の位置は、システムの構成要素の特定セットに対する最大光束密度の位置として 規定され、かつ最大全光束密度、全光束又は像点（最小錯乱円）の位置と一致す るかもしれないし、一致しないかもしれない。像点に配置されたターゲットに対 して、本発明は、従来技術で達成可能であるものと比較される増加された放射光 束密度の光結像システムを提供する。それにもかかわらず、このシステムは、最 大の理論的収集効率を与えるように最適化されない。本発明のターゲットの配置 のための最適位置は、ターゲットの特性に依存し、下記のように分類され得る。 ケース１：同様なサイズであるか又は放射線源のサイズよりも大きい像点（最 小錯乱円）に配置されたターゲットに関して、このシステムは約１の倍率を有す る。この場合、光ファイバのターゲットが軸外れ鏡の開口数に等しいか又はそれ よりも大きい開口数を有するならば、このシステムは一般に最適化される。 ケース２：放射線源よりも小さいターゲット又はケース１の軸外れ鏡の開口数 よりも小さい開口数を有する光ファイバのターゲットに関しては、所与の放射線 源及びケース１とは異なるターゲットで収集可能な光束密度を最適化するターゲ ットに特有なトロイドが存在する。したがって、ケース２で記載されたターゲッ トに関しては、所与の放射線源に対して対応する最適化されたトロイドがある。 特に最適化された軸外れトロイダル反射鏡を有する合致されないサイズの放射線 源及びターゲットのこれらのシステムは、ケース１の場合のように１におよそ等 しい倍率で結像し、ターゲットは像点に配置される。 ケース３：所与の放射線源及び指定された特性（例えば、直径、形状、ケース １及びケース２で記載されたような光ファイバのための開口数）のターゲットに 対して最適化されたトロイダル反射鏡を含む実用的システムに関しては、最適化 されたターゲットのサイズ又は開口数以外のサイズ又は開口数を有するターゲッ トによって最適化されたこのようなシステムの使用は、放射線源に対するターゲ ット及び反射鏡の異なる位置決めを必要とするかもしれない。ケース３では、ト ロイダル反射鏡が、ターゲットの受容角内で最大光束密度を集束する反射鏡面の その部分の位置決めを最適化するために、一般にｚ軸に沿って移動させ、かつあ る距離で放射線源に対して位置決めされねばならない点で、このシステムは単位 倍率から逸脱している。ケース１及びケース２に関して、ターゲットの位置は実 質的に異なるかもしれないし、反射鏡の有効開口数はターゲットの開口数に合致 される。このシステムの有効光軸はまた、図４の理想化された幾何学的配置と異 なる。 ケース３で特徴付けられたシステムでは、放射線源の特性に依存する所与のタ ーゲットに対して同様な収集可能な光束密度を有する点の軌跡が存在するかもし れない。アーク源及び他の同様な拡張された発生源に関して、光ファイバのター ゲットによって収集可能な強度等高線のその部分は、ターゲットサイズ及びター ゲット及び軸外れ鏡の両方の開口数によって変えられる。したがって、ターゲッ トで実際結像されるか又は収集される放射線源のその部分は変化する。小さいタ ーゲットに関して、このターゲットで同一の収集可能な光束密度を発生する強度 等高線の一部よりも多く存在するかもしれないし、同様な収集可能な光束密度を 達成するように点の軌跡に配置することが可能である。したがって、ケース３に 関しては、このシステムは、ターゲットで発生源からの像光束密度よりもむしろ 集束すると言われている。それに関して同様な光束密度の点の軌跡が所与のター ゲットに対して存在するこの場合では、ターゲットのサイズは常に発生源のサイ ズよりも小さく、この発生源は、その公称サイズにわたって変化する強度等高線 を有するだろう。 本発明及び米国特許第4,757,431号では、焦点における放射線源の放射光束の 低下、ターゲットの像点又は位置は、軸外れ幾何学的配置によってｙ方向に発生 された非点収差によって主に引き起こされる。第２に、アークランプのようなガ ラ スエンベロープを含む放射線源に関して、非点収差は、ガラスエンベロープその ものの非球面形状によって引き起こされる。米国特許第4,757,431号では、球面 反射鏡の欠点は、ｙ−ｚ面上への放射線の投影は、ｘ−ｚ面への放射線の投影を 集束するよりも近接して反射鏡に集束することにある。本発明は、ｙ軸に沿って そのより長い曲率半径及びｘ軸に沿ってより短い曲率半径を有するトロイダル面 の取り替えでこの特許の教義を改良する。半径差は、ｙ−ｚ面の放射線の集束を ｘ−ｚ面のそれに一致するように再位置決めされるようにさせる。この取り替え は、全システムの非点収差を減少することによって焦点のサイズを減少し、それ によって光学システムの集束力の増加及びターゲットにおける収集可能な放射光 束の増大の両方を行う。最小錯乱円に配置されているターゲットの特定の場合、 トロイダル反射鏡は像のサイズを実質上減少させる。例えば、公称１ｍｍのアー クギャップを有するキセノンアークランプから、それぞれが同一のＮＡ及び有効 半径を有する球面反射鏡及びトロイダル反射鏡から１ｍｍの直径の光ファイバに よって収集される最大達成可能な光束の比較は、トロイダル反射鏡が４０％より も大きいだけ最大収集可能な光束を増加することができることを示した。 球面反射鏡に対するトロイダル反射鏡の他の利点は、非理想点源（例えば、球 面ガラスエンベロープを有する拡張された発生源）が使用されるとき、軸外れ幾 何学的配置における収差を減少及び補償する際の適応性である。ｚ軸の周りにト ロイダル反射鏡を回転させることによって、これらの収差のいかなるものをも補 償し、それによって光学的システムの構成要素の許容範囲を製造する際の実際の 変動に対して調整することができる。この回転は、ｘ−ｚ面及びｙ−ｚ面に沿っ て曲率半径によって規定される有効焦点を調整し、それによって最大限まで放射 線光束密度を集束する。したがって、トロイダル反射鏡の回転は、このシステム の特定の収差を補償するために曲率半径を調整することによってターゲットにお ける光束密度を最適化する。 上記で引用された特許に対する本発明の実際の改良は、変化するサイズのター ゲットに対するターゲットで光束密度を最適化する適応性である。放射線源と同 様な寸法のより大きいターゲットが米国特許第4,757,431号で規定されるような 最小錯乱円に又はその近くに最大光束のために位置決めされるのに対して、より 小さいターゲットは、そのように位置決めされないかもしれない。光ファイバの ターゲットで最大エネルギーを集束するために使用されたトロイダル反射鏡（ｒ 1x＝50ｍｍ、ｒ1y＝51.9ｍｍ）の特定の場合、ファイバの位置の実質的差は、フ ァイバ直径及びＮＡによって生じる。ファイバの直径（１ｍｍ）が放射線源のサ イズと同様なサイズであり、そのＮＡが反射鏡のＮＡに合致するとき、このファ イバは、米国特許第4,757,431号の教義によって規定されるように最小錯乱円の 近くに位置するのに対して、ＮＡは実質的により小さいとき、最大収集可能な光 束密度に対してその位置は、0.5ｍｍだけ変えることができる。それぞれが放射 線源のサイズと同様な直径を有するがおよそ２の因数だけ開口数で異なる２つの ファイバに関して、最大輝度の像点は、反射鏡のＮＡ及び放射線源の輝度の両方 に対してターゲットにおける開口数を最適化されねばならない光束密度の角密度 に依存するため、それに対して光束密度が最大化されるそれぞれの位置が1.5ｍ ｍだけ異なる。ファイバのサイズ又は放射線源のサイズに対する位置での＜50μ 11の小さい差は、ターゲットを通って透過される収集可能な光束で測定可能な差 を形成しないけれども、より大きい位置ずれは、はっきりと測定可能な衝撃を有 する。所与のターゲットに対する最大収集可能な光束密度の位置を見つけること は、軸外れトロイダル鏡の調整を必要とする。したがって、合致されない光学シ ステム、ターゲット及び反射鏡に対して、ターゲットの位置決めは、所与の放射 線源に対して合致された光学システムの位置決めとは異なる。 米国特許第4,757,431号は、収集及び集光システムがＮＡに依存しないことを 教示している。本軸外れ収集システムは、光ファイバのターゲットのＮＡ及び軸 外れ反射鏡が最大収集可能な光束密度を達成するように合致又は最適化されるべ きであることを必要とする。合致されないシステムに関して、反射鏡は、ファイ バターゲットによって最大収集可能な光束を達成するためにターゲットのＮＡよ りも大きいＮＡを有しなければならない。放射線放出源に対して、高いＮＡのタ ーゲット及び反射鏡は、ターゲットにおける最大光束密度の集束を生じる最大光 収集効率になる。最適化されたシステムは、放射線源の特性を軸外れ反射鏡及び ターゲットの両方の特性に合致させることを必要とする。これは、放射線源とし てのアークランプ又はガス放電ランプに関して、輝度、すなわち、放射線源の角 範 囲にわたる強度等高線をシステムの光学特性に合致させることを必要とする。軸 外れ反射鏡及びターゲットを示すいかなる所与の特性のセットに関しても、ター ゲットに最大限に結合させることができる最高の輝度源を生じる最適アークサイ ズ及び有効ＮＡがある。 図４に示された本発明の理想化された実施例では、放射線源（ＳＯ）及びター ゲットは、トロイダル反射鏡Ｍ１の光軸すなわちシステムの光軸として規定され た光軸の両側に等距離の焦点に置かれる。ｙ−ｚ面は、放射線源、ターゲット及 び光軸を含むと言われている。放射線源（図５）のようにアークランプの特定の 場合、ｘ軸はアークギャップの電極によって規定された放射線源の縦軸に平行で あると言われている。光軸を含んでいるｙ−ｚ面は、アーク及び光ファイバター ゲットを含んでいる面と一致するかもしれないし、一致しないかもしれない。と きどき、それは、βπＯ又はｇπＯのいずれか又は両方、アーク、反射鏡、任意 の透過レンズ及び光ファイバの特性に依存する正確な値を有することが望ましい かもしれない。実際、収集可能な光束及びシステム効率は、アークランプ源及び ファイバ特性の光学的合致を達成するか又はターゲットをｙ−ｚ面の上又は下に 置くために光軸面をβ*5°及び／又はｇ*5°傾斜させることによって５〜10％だ け増加される。 実施するために本発明のよりほとんど理想的な変形は、放射線源を含んでいる のと同一の外装体に軸外れ鏡及びリトロレフレクターの両方を収容する電気アー クランプのような放射線源の構造を必要とする。光ファイバのターゲットは、外 装体の内部又は外部のいずれかに配置されなければならない。それが内部である とき、ファイバは、放射線源、軸外れ鏡及びリトロレフレクターの完全に封入さ れたアセンブリの一部として永久に取り付けられている。それが外部であるとき 、光ファイバのターゲット（図８）の最適位置の近くに配置されたウィンドウ又 は光ファイバ結合機構のいずれかが、光ファイバのターゲットに放射線源の焦点 を合わされた像を結合するために使用される。このような８つの装置の性能は、 軸外れ鏡がトロイダルか球面かどうか及びこの構造が軸外れを変位される限度に 依存する。軸外れ変位が最小にされる場合に関して、球面及びトロイダルの反射 鏡は同じである。この構造は、短いアークギャップランプに関連される非球面ガ ラ スエンベロープに固有である収差を除去する。したがって、球面の軸上リトロレ フレクターは、トロイダル設計と同様に実行する。セラミック外装体及びウィン ドウを有する建造されたアークランプのように非球面ガラスエンベロープなしで 建造されたアークランプは、エンベロープで誘導される収差を回避及び単一の外 装体で放射線源及びレンズを封入しないで理想的条件近くでシミュレートするこ とができる。 米国特許第4,757,431号は、球面反射鏡の使用がｙＯ²／ｒ＜ＳＯであるという 制約を強いることを教示している。この制約は、ターゲットがエンベロープに隣 接している最小軸外れ距離に実際配置されるべきであることを必要とすることに よってシステムの物理的設計を制限する。対比してみると、トロイダルの半径（ ｒ1X及びｒ1y）は、ｙＯ²／ｒの値に対するこの制約がかなり緩和されるように 選択され得る。これは、放射線源／放射線源エンベロープとターゲット間に付加 的空間を可能にする。この付加的空間は、エンベロープによって焦点の可能性の ある障害を除去し、光学構成要素（例えば、フィルタ、補正傾斜プレート、レン ズ等）又は機械構成要素（例えば、シャッタ、絞り等）ターゲットに入射する放 射光束密度を減衰、制御及び／又はフィルタすることを可能にする。上記で引用 された特許の好ましい実施例では、ｒ=50ｍｍ及びＳＯ*1ｍｍを有する球面反射 鏡で最大収集可能な光束を得るために、ｙＯは、*7ｍｍよりも大きくないように 制限される。最大エンベロープ直径は、ｙＯ²／ｒ＜ＳＯが最小であるという制 約及び軸外れ距離が最小であるべきであるという制約の両方と一致している４ｙ Ｏであるので、米国特許第4,757,431号によって必要とされるランプエンベロー プの最大直径は、*28ｍｍである。実際、これは、エンベロープに隣接している 光ファイバを配置する。ｒ1x＝50ｍｍ及びｒ1y＝51.9ｍｍを有するトロイダル反 射鏡を置き換えすると、１ｍｍの光ファイバに対して最適化された位置は、ｙＯ ＝10ｍｍであり、光ファイバのターゲットにおける全部の収集されたエネルギー は、米国特許第4,757,431号によって教示された比較できる50ｍｍ直径の球面反 射鏡から達成可能であるよりも40％大きい。したがって、ここで記載した発明及 びこの機能に関して、ｙＯ²／ｒ＞ＳＯは、光ファイバのターゲットをエンベロ ープから離れて配置されることを可能にする。この改良はまた、より大きい直径 を有するラ ンプの使用を容易にする。アークランプの直径はその動作ワット数に比例するの で、より大きいランプエンベロープは、アークランプがより高いワット数で作動 されることを可能にし、それによって収集可能な光束を増加する。ここで引用さ れた例に関して、40ｍｍ直径エンベロープを有するより高いワット数のランプが 使用され得た。 大抵のアークは対称的でなく、それらのｘ及びｙの寸法が異なるので、収集さ れた放射線の10％のオーダの改良は、横断面領域がだ円に似ているようにある角 度で円筒状の光ファイバを研磨することによって実現され得る。ファイバの隣接 する端部の垂直線から光軸に対する角度を変化することによって、光ファイバの 縦軸は、収集可能な光束密度及びターゲットの照射又は昭明を最大にするように 軸回転又は旋回され得る。 ここで記載した基本的光学構成は、第２の凹面反射鏡Ｍ2（すなわち、リトロ レフレクター）を含むように拡大され得る。このリトロレフレクターは、トロイ ダル反射鏡上の放射線源から及びそれを通って後部に光束を反射及び再集光する ために放射線源の後部に置かれる。この凹面の反射鏡は球面又はトロイダルであ るかのいずれかであり得る。このような凹面のリトロレフレクターを使用する際 の収集可能な光束の改良は、放射線源、放射線源エンベロープ、軸外れトロイド 反射鏡及びターゲットの特性に依存し、10％から75％まで変動する。リトロレフ レクターは、収集可能な放射線光束及びシステム効率の両方を最大限にするシス テムを生じるように放射線源及びそのガラスエンベロープ（もし存在するならば ）並びにトロイダル反射鏡に光学的に合致させられるべきである。トロイダル設 計は、非球面エンベロープによって引き起こされる非点収差の削減を容易にする ために、ガラスエンベロープ（外装体）を有する放射線源に対して優れている。 この非点収差の補正は、球面リトロレフレクターの一面に20％だけ全部の収集可 能な放射線光束の改良を生じることができる。図８に概略的に示されたような内 蔵システムは、ターゲットに依存する球面又はトロイダルリトロレフレクターの いずれかによって最適化され得た。 ここで記載された光学構成は、複数の軸外れ反射鏡（上記で引用された米国特 許第4,757,431号で検討されているような）、複数のリトロレフレクター及び複 数 のターゲットを含むように拡張される。リトロレフレクターＭ2なしでの図４の 光学的システムは、４つの軸外れ反射鏡及び４つのターゲットの全部を収容する ことができた。第２の反射鏡Ｍ2を包含していることは、このシステムを図７に 示されているように２つの軸外れ反射鏡及び２つのターゲットに削減する。図８ は、図７の反射鏡Ｍ2を単一のほほ半球面のリトロレフレクターに削減すること を示している。４つの軸外れ反射鏡の場合、各反射鏡は、*90°立体角にわたっ て放射線源からの電磁放射線を収集する。２つの軸外れ反射鏡の場合、各反射鏡 は、*90°立体角にわたって放射線源から収集する。一対の反射鏡Ｍ2又は図９の 単一のリトロレフレクターは、*90°又は*180゜立体角のそれぞれにわたって放 射線源を通って後部に光を集光させる。図８は、２つの反射鏡及び放射線源が組 み立てられ、かつ実質上一つの内蔵ユニットとして製造される図４の光学構成の 削減を示している。実際、ウィンドウ又は光ファイバ取り付けのいずれかを通し てターゲットを集束された光束密度を結合するための手段との軸外れ反射鏡及び リトロレフレクターのいかなる結合も、一つの内蔵ユニットとして製造され得た 。軸外れ反射鏡の数は、４つのターゲットよりも大きいことを必要とする応用の ために４を越えて増加され得たけれども、実際、このような光学システムは、タ ーゲットにおける収集可能な光束密度を最大にしないだろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年８月２６日 【補正内容】 補正明細書Ａ 図面の簡単な説明 図１は、従来の集光レンズの概略図である。 図２は、従来のだ円レンズシステムの概略図である。 図３ａは、球面反射鏡を使用する従来のシステムのｙ−ｚ面の概略図である。 図３ｂは、球面反射鏡を使用する従来のシステムのｘ−ｚ面の概略図である。 図４ａは、本発明のｘ−ｚ面の概略図である。 図４ｂは、本発明のｙ−ｚ面の概略図である。 図５は、本発明の実施例の座標システムである。 図６ａは、ターゲットでの放射線の集光及び収集を最大にするために凹面の球 面反射鏡のために最適な像位置を示す光線図である。 図６ｂは、ターゲットでの放射線の集光及び収集を最大にするために凹面のト ロイダル反射鏡のための最適な像位置を示す光線図である。光収差を補償するた めに２つの曲率半径を有することの結果は、理論的意味で最小の錯乱円の中へＩ 1及びＩ2をほとんど一つにまとめられることに注目。実用的な意味では、Ｉ1及 びＩ2は、最小の錯乱円にあり（図６ａを参照）、最小の錯乱円における像のサ イズは、トロイダル設計が最適化される程度に依存する放射線源のサイズよりも 大きい。 図７ａは、２つの軸外れ及び２つの二次リトロレフレクターを含むように拡大 された図３ａの光学的構成の概略図である。 図７ｂは、放射線源に依存する不均一な（トロイダル）又は均一な（球面）直 交面に２つの曲率半径を有する単一のほとんど半球形反射鏡に図５ａの２つの二 次リトロレフレクターを削減する。 補正明細書Ｂ 上記で引用された特許に対する本発明の実際の改良は、変化するサイズのター ゲットに対するターゲットで光束密度を最適化する適応性である。放射線源と同 様な寸法のより大きいターゲットが米国特許第4,757,431号で規定されるように 最小錯乱円に又はその近くに最大光束のために位置決めされるのに対して、より 小さいターゲットは、そのように位置決めされないかもしれない。光ファイバタ ーゲットで最大エネルギーを集束するために使用されるトロイダル反射鏡（ｒ1x ＝50ｍｍ、ｒ1y＝51.9ｍｍ）の特定の場合、ファイバの位置の実質的差は、ファ イバ直径及びＮＡによって生じる。ファイバの直径（１ｍｍ）が放射線源のサイ ズと同様なサイズであり、そのＮＡが反射鏡のＮＡに合致するとき、このファイ バは、米国特許第4,757,431号の教義によって規定されるように最小錯乱円の近 くに位置するのに対して、ＮＡは実質的により小さいとき、最大収集可能な光束 密度に対してその位置は、0.5ｍｍだけ変えることができる。それぞれが放射線 源のサイズと同様な直径を有するがおよそ２の因数だけ開口数で異なる２つのフ ァイバに関して、最大輝度の像点は、反射鏡のＮＡ及び放射線源の輝度の両方に 対してターゲットにおける開口数を最適化されねばならない光束密度の角密度に 依存するため、それに対して光束密度が最大化されるそれぞれの位置が1.5ｍｍ だけ異なる。ファイバのサイズ又は放射線源のサイズに対する位置での＜50μｍ 小さい差は、ターゲットを通って透過される収集可能な光束で測定可能な差を形 成しないけれども、より大きい位置ずれは、はっきりと測定可能な衝撃を有する 。 補正明細書Ｃ ここで記載された光学構成は、複数の軸外れ反射鏡（上記で引用された米国特 許第4,757,431号で検討されているような）、複数のリトロレフレクター及び複 数のターゲットを含むように拡張される。リトロレフレクターＭ2のない図４の 光学的システムは、４つの軸外れ反射鏡及び４つのターゲットの全部を収容する ことができた。第２の反射鏡Ｍ2を包含していることは、このシステムを図７に 示されているように２つの軸外れ反射鏡及び２つのターゲットに削減する。図８ は、図７の反射鏡Ｍ2を単一のほほ半球面のリトロレフレクターに削減すること を示している。４つの軸外れ反射鏡の場合、各反射鏡は、a90゜立体角にわたっ て放射線源からの電磁放射線を収集する。２つの軸外れ反射鏡の場合、各反射鏡 は、a90°立体角にわたって放射線源から収集する。一対の反射鏡Ｍ2及びＭ2′ 又は図７ａ及び図７ｂの単一のリトロレフレクターのそれぞれは、a90°又はa18 0°立体角のそれぞれにわたって放射線源を通って後部に光を集光するだろう。 図８は、２つの反射鏡及び放射線源が組み立てられ、かつおおむね一つの内蔵ユ ニットとして製造される図４の光学構成の削減を示している。実際、ウィンドウ 又は光ファイバ取り付けのいずれかを通してターゲットを集束された光束密度に 結合するための手段との軸外れ鏡及びリトロレフレクターのいかなる結合も、一 つの内蔵ユニットとして製造され得た。軸外れ鏡の数は、４つのターゲットより も大きいことを必要とする応用のために４を越えて増加され得たけれども、実際 、このような光学システムは、ターゲットにおける収集可能な光束密度を最大に しないだろう。 補正請求の範囲 １． 出来るだけ小さい領域により多くの放射線光束を有する高強度照明源を提 供するために電磁放射線を集光、集束及び収集するシステムにおいて、 電磁放射線源に向かって凹面で、少なくとも１ｍｍだけ互いに対して長さ を変えたおよそ50ｍｍの複数の曲率半径を有するトロイダルの反射面と光軸とを 有する一次電磁放射線反射鏡と、 前記反射鏡の曲率の中心の近くであるが、前記光軸から第１の距離だけ横 方向にずらされた点に置かれた電磁放射線源であって、前記反射鏡からの反射の 際にその放射線源の焦点を合わされた像を前記光軸から横方向に第２の距離だけ 離して生じさせるが、その際前記焦点を合わされた像は、前記前記反射鏡の光軸 に対して前記放射線源の反対側にある 前記電磁放射線を収集するために前記反射鏡の前記焦点を合わされた像点 近くに配置されたターゲットと を備え、ことを特徴とするシステム。 ２． 前記トロイダル反射面は、前記光軸、前記放射線源及び光軸を含む第１の 平面での極率半径が、光軸を含み第１の面に直交する第２の面での曲率半径より も大きいことを特徴とする請求の範囲１に記載のシステム。 １３．出来るだけ小さい領域により多くの放射線光束を有する高強度照明源を提 供するために電磁放射線を集光、集束及び収集するシステムにおいて、 光軸及び、およそ50ｍｍの長さで少なくとも１ｍｍだけ互いに対して長さ を変えた複数の曲率半径のトロイダルの反射面を有し、前記光源に近接して高光 束密度の像点を得る一次電磁放射線反射鏡と、その反射鏡の前記光軸から第２の 距離だけ離された像点に光源からの光を集光及び集束するように前記反射鏡の前 記光軸の近くで前記反射鏡の前記光軸から第１の距離オフセットされて置かれる る光源であって、前記像点が、前記反射鏡の前記光軸に対して前記光源の反対側 にある光源と、前記反射鏡の前記像点の近くにおかれた収集端を有する光ファイ バターゲットとを備えたことを特徴とするシステム。 １４．前記第２の距離は、前記第１の距離にほぼ等しいことを特徴とする請求の 範囲１３に記載のシステム。 １５．前記第２の距離は、システムの有効光軸が前記第１及び第２の距離の和を 二分し、かつ前記反射鏡の前記光軸から角を形成するように離されるように前記 第１の距離とは異なっていることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム 。 ５０．前記光源、前記第１及び第２の一次反射鏡と前記第１及び第２の二次反射 鏡は、単一の外装体内にほぼ一つのユニットとして製造及び取り付けされ、かつ 前記第１及び第２の光ファイバターゲットに結合されていることを特徴とする請 求の範囲４９に記載のシステム。 ５１．前記トロイダルの反射面の前記曲率半径は、40ｍｍと55ｍｍの間の長さを 含むことを特徴とする請求の範囲１に記載のシステム。 ５２．前記トロイダルの反射面の前記曲率半径は、50.0ｍｍと51.9ｍｍの間の長 さを含むことを特徴とする請求の範囲１に記載のシステム。 ５３．前記トロイダルの反射面の前記曲率半径は、40ｍｍと55ｍｍの間の長さを 含むことを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ５４．前記トロイダルの反射面の前記曲率半径は、50.0ｍｍと51.9ｍｍの間の長 さを含むことを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＶＮ (72)発明者 ストロブル，カールハインツ アメリカ合衆国 90048 カリフォルニア 州・ロサンゼルス・サウス サン ヴィセ ンテ ブーレバード・650 (72)発明者 ブレナー，ダグラス アメリカ合衆国 90048 カリフォルニア 州・ロサンゼルス・サウス サン ヴィセ ンテ ブーレバード・650 (72)発明者 フィッシャー，ロバート アメリカ合衆国 91361 カリフォルニア 州・ウエストレイク ヴィレッジ・ヒルズ バリー ロード・2060 (72)発明者 ピッチオーニ，ロバート アメリカ合衆国 91361 カリフォルニア 州・サウザンドオークス・ケイル ペコ ス・1342 (72)発明者 トーマス，マイケル アメリカ合衆国 02146 マサチューセッ ツ州・ブルックライン・コリストン ロー ド ナンバー３・12

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 出来るだけ小さい領域により多くの放射線光束を有する高強度照明源を提 供するために電磁放射線を集光、集束及び収集するシステムにおいて、 光軸及び電磁放射線源に対してほぼ凹面のトロイダルの反射面を有する一 次電磁放射線反射鏡と、 前記反射鏡の曲率の中心の近くであるが、前記反射鏡からの反射の際に前 記放射線源のおおむね焦点を合わされた像を生じるために前記反射鏡の前記光軸 から第１の距離横方向にオフセットされ、第２の距離だけ前記光軸から横方向に オフセットされた点に置かれている電磁放射線源と、前記おおむね焦点を合わさ れた像は、前記反射鏡の前記光軸に対して前記放射線源の反対側にあり、 前記電磁放射線を収集するために前記反射鏡の前記おおむね焦点を合わさ れた像点近くに配置されたターゲットとを備えたことを特徴とするシステム。 ２． 前記トロイダル反射面は、前記光軸、前記放射線源及び光軸含んでいて、 かつ第１の面に直交する第２の面の曲率半径よりも大きい前記ターゲットを含ん でいる第１の面の曲率半径を有することを特徴とする請求の範囲１に記載のシス テム。 ３． 前記ターゲットは、前記焦点を合わされた像点にほぼ一致する最大集束光 束密度の点に置かれていることを特徴とする請求の範囲１に記載のシステム。 ４． 前記ターゲットは、前記焦点を合わされた像点からずらされ最大集束光束 密度の点に置かれていることを特徴とする請求の範囲１に記載のシステム。 ５． さらに、少なくとも一対の前記放射線源と前記反射鏡間に配置された光学 構成要素と、前記ターゲット上の前記像の焦点を改良するための補正レンズから なるグループから選択された光学構成要素を形成する前記反射鏡及び前記ターゲ ットと、前記放射線源のスペクトル強度分布を制御する光学製品で処理された補 正レンズと、前記ターゲットに入射する前記電磁放射線の減衰のための減衰光学 構成要素と、前記ターゲットに入射する前記電磁放射線をフィルタするためのフ ィルタ光学素子とを備えたことを特徴とする請求の範囲１に記載のシステム。 ６． さらに、少なくとも一対の前記放射線源・前記反射鏡と反射鏡・ターゲッ トとの間に配置され、前記ターゲットに入射する前記電磁放射線を減衰するを備 えた機械構成要素を有することを特徴とする請求の範囲１に記載のシステム。 ７． さらに、前記放射線源の像が前記放射線源とほぼ一致するように前記放射 線源から及び前記放射線源を通って後部に電磁放射線を反射するために前記一次 反射鏡に対して前記放射線源の後部に配置された二次凹面リトロレフレクターを 備えたことを特徴とする請求の範囲１に記載のシステム。 ８． 前記放射線源及び前記二次凹面リトロレフレクターは、単一のユニットと して一緒に結合されていることを特徴とする請求の範囲７に記載のシステム。 ９． 前記二次凹面リトロレフレクターは、ほぼ球面の反射鏡及びおおむねトロ イダルの反射鏡からなるグループから選択された反射鏡を備えたことを特徴とす る請求の範囲７に記載のシステム。 １０．前記一次及び二次反射鏡の少なくとも一つの反射面は、前記放射線源のス ペクトル強度分布を制御する光学製品で処理されたことを特徴とする請求の範囲 ７に記載のシステム。 １１．前記第２の距離は、前記第１の距離にほぼ等しいことを特徴とする請求の 範囲１に記載のシステム。 １２．前記第２の距離は、前記放射線源及び前記ターゲットを二分するシステム の有効光軸が前記反射鏡の前記光軸からずらされるように前記第１の距離とは異 なっていることを特徴とする請求の範囲１に記載のシステム。 １３．出来るだけ小さい領域により多くの放射線光束を有する高強度照明源を提 供するために電磁放射線を集光、集束及び収集するシステムにおいて、 光軸及び曲率の中心を有するほぼトロイダルの反射面を有する一次電磁放 射線反射鏡と、 第２の距離だけ前記反射鏡の前記光軸からオフセットされた像点に光源か らの光を集光及び集束するために前記反射鏡の前記光軸の近くに置かれるが前記 反射鏡の前記光軸から第１の距離オフセットされる光源と、前記像点は、前記反 射鏡の前記光軸に対して前記光源の反対側にあり、 前記反射鏡の前記像点の近くにおかれたそれの収集端を有する光ファイバ ターゲットとを備えたことを特徴とするシステム。 １４．前記第２の距離は、前記第１の距離にほぼ等しいことを特徴とする請求の 範囲１３に記載のシステム。 １５．前記第２の距離は、前記光源及び前記ターゲットを二分するシステムの有 効光軸が前記反射鏡の前記光軸からずらされるように前記第１の距離とは異なっ ていることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 １６．前記トロイダル反射面は、前記反射鏡の光軸、前記光源及び前記反射鏡の 前記光軸を含む第１の平面の曲率半径は、反射鏡の光軸を含み前記第１の面に直 交する第２の平面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求の範囲１３に記 載のシステム。 １７．前記トロイダル反射面は、前記反射鏡の光軸、及び前記反射鏡の前記光軸 を含んでいる第１の曲面の曲律半径が反射鏡の光軸を含み前記第１の曲面に直交 する第２の面の曲率半径よりも大きく、前記ターゲットの位置が第１の面の上又 は下にあることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 １８．前記ターゲットが、おおむね前記像点と一致している最大集光光束密度の 点に置かれていることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 １９．前記像点からずらされている最大集光光束密度の点に置かれていることを 特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ２０．さらに、少なくとも一対の前記光源・前記反射鏡と反射鏡・ターゲットと 間に配置され、前記ターゲット上の前記像の焦点を改良するための補正レンズと 、前記光源のスペクトル強度分布を制御する光学製品で処理された補正レンズと 、前記ターゲットに入射する前記電磁放射線の減衰のための減衰光学構成要素と 、前記ターゲットに入射する前記電磁放射線をフィルタするためのフィルタ光学 素子とからなるグループから選択されて形成される光学構成要素を備えたことを 特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ２１．さらに、前記光源の像が前記光源とほぼ一致するように形成されるように 前記光源から及び前記光源を通って後部に光を反射するために前記一次反射鏡に 対して前記光源の後部に配置された二次凹面リトロレフレクターを備えたことを 特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ２２．前記光源及び前記二次凹面リトロレフレクターは、単一の外装体内におお むね製造され、かつ取り付けられていることを特徴とする請求の範囲２１に記載 のシステム。 ２３．前記二次凹面リトロレフレクターは、ほぼ球面の反射鏡及びほぼトロイダ ルの反射鏡からなるグループから選択された反射鏡を備えたことを特徴とする請 求の範囲２１に記載のシステム。 ２４．前記一次及び二次反射鏡の少なくとも一つの反射面は、前記光源のスペク トル強度分布を制御する光学製品で処理されたことを特徴とする請求の範囲２１ に記載のシステム。 ２５．前記光ファイバターゲットターゲットの収集端部は、前記光ファイバの縦 軸におおむね垂直な角度で研磨されていることを特徴とする請求の範囲１３に記 載のシステム。 ２６．前記光ファイバターゲットターゲットの収集端部は、前記光ファイバの縦 軸に垂直な面に対して実質上傾斜された角度で研磨されていることを特徴とする 請求の範囲１３に記載のシステム。 ２７．前記光ファイバターゲットは、複数の一緒に束にされた光ファイバからな ることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ２８．前記複数の光ファイバは、おおむね同一の光学特性を有することを特徴と する請求の範囲２７に記載のシステム。 ２９．前記複数の光ファイバは、おおむね異なる直径を有する光ファイバからな る前記グループから選択されており、光ファイバは、異なる開口数を有し、異な る形状を有し、異なる材料組成を有することを特徴とする請求の範囲２７に記載 のシステム。 ３０．前記ターゲットとして一緒に束ねられている前記光ファイバの少なくとも 一つの前記収集端部は、前記光ファイバの縦軸にほぼ垂直な角度で研磨されてい ることを特徴とする請求の範囲２７に記載のシステム。 ３１．前記ターゲットとして一緒に束ねられている前記光ファイバの少なくとも 一つの前記収集端部は、前記光ファイバの縦軸に垂直な面に対してほぼ傾斜され ている角度で研磨されていることを特徴とする請求の範囲２７に記載のシステム 。 ３２．前記光ファイバターゲットの端部の少なくとも一つは、光学製品で処理さ れていることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ３３．前記ターゲットとして一緒に束ねられている前記光ファイバの前記端部の 少なくとも一つは、光学製品で処理されていることを特徴とする請求の範囲２７ に記載のシステム。 ３４．前記一次反射鏡は、前記光ファイバターゲットの少なくとも一つに光学的 に合致された開口数を有することを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム 。 ３５．前記光源、前記一次反射鏡及び前記光ファイバターゲットは光学的に合致 されていることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ３６．前記光源は、ＡＣ電気アークランプ、ＤＣ電気アークランプ、ガス放電ラ ンプ、フィラメントランプ、半導体、電磁放射線を放射する光ファイバ及び電磁 放射線を放射する導波管からなるグループから選択されることを特徴とする請求 の範囲１３に記載のシステム。 ３７．前記光源によって放射された前記光は、連続波光、パルス光、コヒーレン ト光、非コヒーレント光、単色光、広帯域光及び狭帯域光からなるグループから 選択された光を含んでいることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ３８．前記光源及び前記一次反射鏡は、おおむね一つのユニットとして前記単一 の外装体内に製造及び取り付けられ、かつ前記光ファイバターゲットに結合され ていることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ３９．前記光ファイバターゲットは、前記外装体の外部に取り付けられているこ とを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ４０．前記光ファイバターゲットは、前記外装体の内部に取り付けられているこ とを特徴とする請求の範囲３８に記載のシステム。 ４１．さらに、少なくとも一対の前記光源と前記反射鏡間に配置された機械的構 成要素及び前記ターゲットに入射する電磁放射線を減衰する前記反射鏡及び前記 ターゲットを備えていることを特徴とする請求の範囲１３に記載のシステム。 ４２．前記光源、前記一次及び二次反射鏡は、おおむね一つのユニットとして前 記単一の外装体内に製造及び取り付けられ、かつ前記光ファイバターゲットに結 合されていることを特徴とする請求の範囲２１に記載のシステム。 ４３．前記光ファイバターゲットは前記外装体の外部に取り付けられていること を特徴とする請求の範囲４２に記載のシステム。 ４４．前記光ファイバターゲットは前記外装体の内部に取り付けられていること を特徴とする請求の範囲４２に記載のシステム。 ４５．前記一次及び二次反射鏡は、前記光源及び前記光ファイバターゲットに光 学的に合致された反射面を含む一つのユニットとして製造されていることを特徴 とする請求の範囲２１に記載のシステム。 ４６．前記一次及び二次反射鏡は、前記光源及び前記光ファイバターゲットに光 学的に合致された単一の反射鏡を含んでいることを特徴とする請求の範囲２１に 記載のシステム。 ４７．出来るだけ小さい領域により多くの放射線光束を有する高強度照明源を提 供するために電磁放射線を集光、集束及び収集するシステムにおいて、 第１の光軸及び曲率の中心を有するほぼトロイダルの反射面を有する第１ の一次電磁放射線反射鏡と、 第２の光軸及び曲率の中心を有するほぼトロイダルの反射面を有する第２ の一次電磁放射線反射鏡と、 第２の距離だけ前記第１及び第２の光軸からそれぞれずらされた第１及び 第２の像点に光源からの光を集光及び集束するために前記第１及び第２の光軸の 交差点近くに置かれるが前記交差点から第１の距離ずらされた光源であって、前 記第１の像点は、前記第１の一次反射鏡の前記第１の光軸に対して前記光源の反 対側にあり、かつ前記第２の像点は、前記第２の一次反射鏡の前記第２の光軸に 対して前記光源の反対側にあり、 前記第１の像点の近くにおかれたそれの収集端を有する第１の光ファイバ ターゲットと、 前記第２の像点の近くにおかれたそれの収集端を有する第２の光ファイバ ターゲットとを備えたことを特徴とするシステム。 ４８．前記第１及び第２の一次反射鏡は単一の反射鏡として製造されていること を特徴とする請求の範囲４７に記載のシステム。 ４９．さらに、前記光源の第１及び第２の像が前記光源とほぼ一致するように形 成されるように前記光源から及び前記光源を通って後部に光を反射するために前 記第１及び第２の反射鏡のそれぞれに対して前記光源の後部に配置された二次凹 面リトロレフレクターを備えたことを特徴とする請求の範囲４７に記載のシステ ム。 ５０．前記光源、前記第１及び第２の一次反射鏡と前記第１及び第２の二次反射 鏡は、単一の外装体内にほぼ一つのユニットとして製造及び取り付けされ、かつ 前記第１及び第２の光ファイバターゲットに結合されていることを特徴とする請 求の範囲４９に記載のシステム。