KR20030068132A - 렌즈가 갖춰진 광 파이프를 사용하는 광 집속 및 수집시스템 - Google Patents

렌즈가 갖춰진 광 파이프를 사용하는 광 집속 및 수집시스템 Download PDF

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KR20030068132A
KR20030068132A KR10-2003-7003971A KR20037003971A KR20030068132A KR 20030068132 A KR20030068132 A KR 20030068132A KR 20037003971 A KR20037003971 A KR 20037003971A KR 20030068132 A KR20030068132 A KR 20030068132A
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Abstract

본 발명은 대형 수치 구형 수집 및 집속 시스템에 사용하기 위한 광학 커플링 엘리먼트에 관한 것이다. 만곡진 표면은 광학 커플링 엘리먼트의 입력 단부에 충돌하는 광의 입사각을 감소시켜 프레즈넬 반사가 매우 감소된다. 소스에 의해 방사된 전자기 복사는 소스가 제 2 반사기의 제 2 초점에 수렴하는 제 1 반사기로부터 반사된 복사 광선들을 생성시키도록 제 1 반사기의 제 1 초점에 번자기 복사의 소스를 위치시킴으로써 타겟위에 수집 및 초점맞춰진다. 광학 커플링 엘리먼트는 렌즈의 센터가 제 2 반사기의 제 2 초점과 대체로 근접하며 만곡진 표면이 제 2 반사기와 센터 사이에 있도록 위치된다. 제 2 반사기에 의해 반사된 수렴하는 복사 광선들은 렌즈의 만곡진 표면을 통과하여 센터에 도달한다.

Description

렌즈가 갖춰진 광 파이프를 사용하는 광 집속 및 수집 시스템{LIGHT CONDENSING AND COLLECTING SYSTEMS USING LENSED LIGHT PIPES}
전자기 복사를 표준 웨이브가이드와 같은 타겟, 예를 들면 단일 화이버 또는 화이버 번들로 수집, 집속, 및 커플시키거나, 또는 전자기 복사를 프로젝터의 균질화기(homogenizer)로 출력하는 시스템의 목적은 타겟에서 전자기 복사의 밝기를 최대화시키는 것이다. 그러한 조명 및 투영 어플리케이션용 램프로부터 광을 수집 및 집속시키기 위한 몇가지 일반 시스템이 있다.
미국 특허 제4,757,431호(이하 "특허 '431"이라 함)는 소형 타겟을 조명하는 플럭스와 소형 타겟에 도달하는 수집가능한 플럭스 밀도의 양을 증가시키도록 축외 구형 오목 반사기를 사용하는 광 집속 및 수집 시스템을 기술하며, 그 설명이 참조로 포함된다. 다른 광 집속 및 수집 시스템은 미국 특허 제5,414,600호(이하 "특허 '600"이라 함)에 의해 제공되며, 그 설명은 참조로 포함되고, 타원형 오목 반사기의 사용을 기술한다. 유사하게, 미국 특허 제5,430,634호(이하 "특허 '634"라 함)는 토로이드형 오목 반사기의 사용을 기술하며, 그 설명이 참조로 포함된다.
특허 '431, 특허 '600 및 특허 '634의 시스템들은 거의 1:1(단위 배율) 이미지를 제공하며 광원으로부터의 밝기를 보존한다. 그러나, 이들 시스템은 그들의 1:1 (단위) 배율을 벗어나, 전반적인 투영 시스템 성능을 저하시키므로, 반사기의 수집각은 수집된 광량을 증가시키도록 증가된다. 따라서, 이러한 시스템들에서, 수집 효율성을 증가시킴은 생성되는 이미지의 질을 감소시킨다.
공지된 광학 수집 및 집속 시스템들의 문제점들을 논하기 위해서, 미국 특허 출원 제09/604,921호는 소형-사이즈의 광원에 대해 1:1 배율의 달성을 포함하는 다른 공지된 시스템들의 많은 관점에서 이로운 이중-파라볼라 반사기 시스템을 제공하며, 그 설명은 참조로 포함된다.
이러한 광학 수집 및 집속 시스템은, 도 1(a)에 도시된 것처럼, 제 1 반사기(10)로부터 반사된 광이 제 2 반사기(11)의 해당 부분에 수신되도록 위치된 2개의 대칭 파라볼라 반사기(10, 11)를 사용한다. 특히, 광원(12), 이를 테면 아크 램프로부터 방사된 광은 제 1 파라볼라 반사기(10)에 의해 수집되고 제 2 반사기(11)쪽으로 광학축을 따라 시준된다. 제 2 반사기(11)는 시준된 광빔을 수신하고 이 광을 초점에 위치된 타겟(13)에 초점맞춘다.
이러한 광학 시스템의 설명을 용이하게 하기 위해서, 도 1은 광원(12)으로부터 방사된 4개의 상이한 광선(a, b, c 및 d)에 대한 광 경로를 포함한다. 아크 램프로부터 출력된 광은 도 1(a)에 예시된 것처럼 램프축에 수직 방향으로 볼때 약90°의 원추각으로 대한다(subtend). 아크 램프로부터 출력된 광은 도 1(b)에 예시된 것처럼 램프축에 평행한 방향으로 볼 때 거의 180°의 원추각으로 대한다. 광선 a와 b는 원추각의 범위를 지시한다.
도 1의 광학 시스템은 제 1 파라볼라 반사기(10)로부터 이격된 방향에서 광원(12)으로부터 방사된 복사를 포획하고 그 포획된 복사를 광원(12)을 통하여 반사하는 제 1 파라볼라 반사기(10)와 관련하여 역-반사기(14)를 사용한다. 특히, 역-반사기(14)는 일반적으로 광원(12)에(즉, 제 1 파라볼라형 반사기의 초점에) 대체로 근접 위치된 초점을 갖는 구형 형상을 제 1 파라볼라 반사기 쪽으로 가지므로 반사기로부터 반사된 시준된 광선의 강도를 증가시킨다.
상기된 이중-파라볼라형 광학 시스템의 한가지 단점은 커다란 입력각이 생성되어, 1.0만큼 높은 수치 구경을 초래한다는 것이다. 결국, 일부 광선들은 타겟 표면에 비례하여 높은 입사각으로 타겟(13)에 충돌한다. 그러한 높은 입사각은 손실을 초래하는 프레즈넬 반사를 생성시킨다.
미국 특허 제09/669,841호에 있어서, 이중-타원형 반사기 시스템은 소형 광원 타겟에 대해 1:1 배율을 제공하는 것으로서 기술되어 있으며, 그 설명은 참조로 포함된다. 이러한 광학 수집 및 집속 시스템은, 도 2에 도시된 것처럼, 제 2 반사기(21)의 해당 부분에 제 1 반사기(20)로부터 반사된 광이 수신되도록 위치되는 2개의 대칭 타원형 반사기(20, 21)를 사용한다. 특히, 광원(20)으로부터 방사된 광은 제 1 타원형 반사기(20)에 의해 수집되며 광학축(25)에 초점맞춰지고 제 2 반사기(21)쪽으로 발산된다. 제 2 반사기(21)는 광의 발산 빔을 수신하고 이러한 광을초점에 위치된 타겟(23)에 초점맞춘다.
도 2에 예시된 것처럼, 이중-타원형 시스템은 이중-파라볼라 시스템이 동일한 광선으로 커다란 입사각으로 타겟에 충돌하여, 프레즈넬 반사를 생성하는 것과 같은 동일한 단점을 겪는다. 상기된 시스템의 경우와 마찬가지로, 커다란 수집각에 의해 야기된 프레즈넬 반사가 손실을 일으킨다.
이중-타원형 시스템의 다른 실시예가 도 3에 예시되어 있다. 이러한 이중-타원형 시스템은 상기 언듭된 이중-파라볼라형 및 이중-타원형 시스템들이 동일한 광선으로 커다란 입사각으로 충돌하여, 또한 프레즈넬 반사를 생성하는 것과 같은 동일한 단점을 겪는다.
상기 시스템들과의 사용을 위해 평탄한 입력 표면(42)을 지닌 테이퍼링된 광 파이프(40)가 도 4에 예시되어 있다. 제 2 반사기(41)에 의해 반사된 광선(a', b', c' 및 d')은 도 4에 예시된 것처럼 커다란 입사각으로 테이퍼링된 광 파이프(40)의 평탄한 표면(42)에 수렴한다. 광 파이프(40)의 테이퍼링은 커다란 입력각을 더 작은 출력각으로 변형시킨다. 상기 각이 변형되는 정도는 테이퍼링의 정도에 좌우한다. 출력각은 출력 장치를 광 파이프로 매칭시키는 특정 시스템용으로 설계되어 있다. 도 4에 예시된 것처럼, 입력각은 광선 a'와 b' 사이의 광 파이프(40)의 입력 표면에서 180도, 즉 90도의 입사각으로 접근할 수 있다. 그러한 높은 입사각은 프레즈넬 반사로 인하여 높은 손실을 일으킨다. 글래스 또는 석영으로 이루어진 코팅되지 않은 광 파이프에 대한 프레즈넬 반사 소실은 약 75도 보다도 더 큰 입사각에서 매우 중요하다.
따라서, 프레즈넬 반사로 인하여 감소된 손실을 갖는 광을 소형 소스로부터 조명 및 투영 시스템으로 커플링시키는 방법을 제공하는 필요성이 남아 있다.
발명의 개요
본 발명은 대형 수치 구경 수집 및 집속 시스템에서 사용하기 위한 광학 커플링 엘리먼트에 관한 것이다. 상기 광학 커플링 엘리먼트는 센터(center) 및 만곡진 표면을 갖는 렌즈를 포함한다. 광학 커플링 엘리먼트는 대체로 화이버, 화이버 번들, 또는 균질화기의 입력 단부에 위치한다. 만곡진 표면은 프레즈넬 반사가 현격히 감소되도록 광학 커플링 엘리먼트의 입력 단부에 충돌하는 광의 입사각을 감소시킨다.
특히, 수집 및 집속 시스템은 전자기 복사의 소스와, 상기 소스에 의해 방사된 전자기 복사의 적어도 일부분으로 조명되는 광학 커플링 엘리먼트를 포함한다. 광학 커플링 엘리먼트는 렌즈 및 테이퍼링된 광 파이프를 포함하며, 상기 렌즈는 센터와 센터 주위에 분산된 만곡진 표면을 구비한다. 제 1 광학 축과 제 1 초점을 구비하는 제 1 반사기는 제 2 광학 축과 그 광학 축위에 제 2 초점을 구비하는 제 2 반사기에 대체로 대칭적으로 향하여 배치되어, 제 1 및 제 2 광학 축이 대체로 동일 선상에 있다. 소스는 제 1 반사기에 의해 제 2 반사기 쪽으로 반사되어, 대체로 제 2 초점에 수렴하는 복사 광선을 생성시키기 위해 제 1 반사기의 제 1 초점에 대체로 근접 위치한다. 렌즈의 센터는 제 2 반사기의 제 2 초점에 대체로 근접 위치되고, 만곡진 표면은 상기 센터와 제 2 반사기 사이에 대체로 배치되어 전자기 복사를 수집하고 그것을 테이퍼링된 광 파이프로 전달한다.
전자기 복사의 소스에 의해 방사된 전자기 복사는 제 1 반사기가 제 2 반사기의 초점에서 대체로 수렴하는 제 1 반사기로부터 반사된 방사의 광선을 생성시키도록 전자기 복사의 소스를 제 1 반사기의 초점에 위치시킴으로써 타겟에 수집 및 초점맞춰진다. 대체로 반구형 또는 토로이달형 광학 커플링 엘리먼트는 광학 커플링 엘리먼트의 중심이 제 2 반사기의 초점과 대체로 근접하도록 위치되어, 제 2 반사기로부터 반사되어 수렴하는 복사 광선들이 광학 커플링 엘리먼트의 대체로 만곡진 표면을 경유하여 제 2 반사기의 초점 쪽으로 통과한다.
본 발명의 상기 및 다른 특징과 이점들은 첨부 도면들과 관련하여 받아들여질 때 바람직한 실시예의 하기 설명으로 이해될 것이다.
본 출원은 2000년 9월 20일 제출된 미국 가특허 출원 제60/234,168호의 우선권을 주장하며, 그 설명이 참조로 포함된다.
본 발명은 넓은 수집각(collection angle)의 광 분산을 소형 타겟으로 수집 및 집속시키는 조명 및 투영 시스템에 관한 것이다.
도 1(a)는 발명의 실시예로 사용하기 위한 수집 및 집속 시스템의 개략도이다;
도 1(b)는 도 1(a)에 예시된 것을 반사기 축을 따라 볼 때의 제 1 반사기와 램프의 상세도이다;
도 2는 발명의 실시예로 사용하기 위한 수집 및 집속 시스템의 개략도이다;
도 3은 도 2에 예시된 수집 및 집속 시스템의 변형의 개략도이다;
도 4는 종래의 테이퍼링된 광 파이프의 개략도이다;
도 5는 발명의 실시예에 따른 광 파이프의 입력에서 반구형 렌즈를 지닌 테이퍼링된 광 파이프의 개략도이다;
도 6(a)는 발명의 실시예에 따라 광 글래스의 블럭에 연결된 구형 렌즈를 지닌 테이퍼링된 광 파이프의 개략도이다;
도 6(b)는 도 6(a)에 예시된 것을 반사기 축을 따라 볼 때의 실시예의 광학 커플링 엘리먼트의 상세도이다; 그리고
도 7은 투영 시스템으로 사용하기 위한 발명의 일실시예의 개략도이다.
도 5에는 전자기 복사(501)를 테이퍼링된 광 파이프(504)에 부착된 렌즈(503)로 이루어진 광학 커플링 엘리먼트(502)로 입사(launch)하는데 사용되는 수집 및 집속 시스템(500)이 예시되어 있으며, 그 단부면은 원형, 사각형, 장방형, 또는, 일반적으로 다각형일 수 있다.
특히, 수집 및 집속 시스템(500)은 전자기 복사(501)의 소스(506)와 상기 소스(506)에 의해 방사된 전자기 복사(501)의 적어도 일부분으로 조명되게 하는 광학 커플링 엘리먼트(502)를 구비한다. 렌즈(503)는 센터(507)와 센터(507) 주위에 분포된 만곡진 표면(505)을 갖는다. 제 1 광학축(509a)과 그 광학축(509a) 위에 제 1 초점(510)을 갖는 제 1 반사기(508a)가 소스(506) 주위에 배치되어 있으며, 상기 소스는 반사기(508a)의 제 1 초점(510)에 대체로 근접 위치되어 있다. 제 2 광학축(509b)과 제 2 광학축(509b) 위에 제 2 초점(511)을 갖는 제 2 반사기(508b)는 제 1 반사기(508b)에 대체로 대칭으로 배열되어 있다. 제 1 광학축(509a)은 제 2 광학축(509b)과 대체로 동일 선상에 있다.
소스(506)는 제 1 반사기(508a)에 의해 제 2 반사기(508b) 쪽으로 반사되는 전자기 복사의 광선을 생성하며, 따라서 제 2 초점(511)에서 대체로 수렴한다. 센터(507)는 제 2 반사기(508b)의 제 2 초점(511)에 대체로 근접 위치되며 만곡진 표면(505)은 전자기 복사(501)를 수집하도록 센터(507)와 제 2 반사기(508b) 사이에 대체로 배치되어 있다. 일실시예에서, 만곡진 표면(505)은 대체로 비구형(aspherical)이다. 바람직한 실시예에서, 렌즈(503)는 대체로 반구형이다.
광학 커플링 엘리먼트(502)에 관련한 커다란 각의 광은 만곡진 표면(505)에 대략 수직으로 렌즈(503)의 만곡진 표면(505)에 충동한다. 광학 커플링 엘리먼트(502)의 만곡진 표면에서 스폿 사이즈는 예를 들면 평탄면에 비례하여 감소될 것이다. 결국, 더 소형의 입력 단부가 사용될 것이다. 대안으로, 대형 입력 표면 면적은 더 높은 전력 허용 임계값을 초래한다. 예를 들면, 석영을 사용하는 대신에, 더 낮은 용융점을 갖는 BK7 글래스 또는 다른 물질이 특정 어플리케이션용으로 사용될 수 있다.
테이퍼링된 광 파이프(504)의 테이퍼 전이부는 특정 어플리케이션에 따라 직선, 또는 곡선일 수 있다. 상기 렌즈(503)와 테이퍼링된 광 파이프(504)는 1개로 이루어지거나, 또는 개별로 이루어져 함께 조립될 수 있다. 만일 렌즈(503)와 테이퍼링된 광 파이프(504)가 개별로 이루어진다면, 렌즈(503)와 테이퍼링된 광 파이프(504)의 굴절이 매칭되어야 한다. 테이퍼링된 광 파이프(504)는 클래딩으로 이루어지거나 이와 달리 이루어질 수 있다. 테이퍼링된 광 파이프(504)의 출력 표면은 또한 특정 어플리케이션에 적절히 매칭하기 위해 만곡일 수 있다.
제 1 및 제 2 반사기(508a 및 108b)는 전자기 복사 스펙트럼의 사전-지정된 부분만을 반사하는 코팅물로 코팅된다. 예를 들면, 상기 코팅물은 단지 가시광선복사사, 사전-지정된 대역의 복사사, 또는 특정 색채의 복사를 반사한다. 제 1 및 제 2 반사기(508a 및 508b)는 대체로 타원형, 토로이달형, 구형, 또는 파라볼라형 표면의 회전체의 부분이다.
다른 실시예에서, 부가 반사기(512)는 제 1 반사기(508a)에 직접적으로 충돌하지 않는 전자기 복사(501)의 부분중 적어도 일부분을 제 1 반사기(508a)쪽으로 제 1 반사기(508a)의 제 1 초점(510)을 통하여 반사시켜 수렴하는 광선의 플럭스 강도를 증가시키도록 위치된다. 바람직한 실시예에서, 부가 반사기(512)는 제 1 반사기(508a)에 대향하여 소스(506)의 일측에 배치된 구형 역-반사기로 제 1 반사기(508a)로부터 이격된 방향에서 소스(506)에 의해 방사된 전자기 복사(501)를 제 1 반사기(508a) 쪽으로 제 1 초점(510)을 통하여 반사한다.
일실시예에서, 소스(506)는 광-방사 아크 램프이다. 소스(506)는, 예를 들면, 크세논 램프, 금속 할라이드 램프, HID 램프, 또는 수은 램프일 수 있다. 다른 실시예에서, 소스(506)는 필라멘트 램프이다.
일실시예에서, 광학 커플링 엘리먼트(502)에 의해 수집 및 집속된 전자기 복사(501)는 단일 코어 광화이버, 화이버 번들, 융합된 화이버 번들, 다각형 로드, 중공 반사형 광 파이프, 또는 균질화기와 같은 웨이브가이드(513)에 커플링된다. 웨이브가이드(513)의 단면은 원형, 다각형, 테이퍼링형, 또는 그 조합일 수 있다. 광학 커플링 엘리먼트(502) 및 웨이브가이드(513)는 석영, 글래스, 플라스틱, 또는 아클릴과 같은 물질로 이루어질 수 있다.
일실시예에서, 광화이버(514)는 광학 커플링 엘리먼트(502) 및/또는 웨이브가이드(513)에서 수집 및 집속된 전자기 복사(501)에 의해 조명된다. 광화이버(514)는 조명을 소정의 위치에 제공하기 위해서 수집 및 집속된 전자기 복사(501)를 전송 및 방출한다.
도 6에는 발명의 다른 실시예가 예시되어 있다. 실시예는 만곡의 중심(607)이 테이퍼링된 광 파이프(604)의 입력 단부에 위치하는 절단된 구형 표면(605)으로 이루어진다. 상기 구형 표면(605)은 도 6(b)에서 예시된 것처럼 반사기의 축을 따라 볼 때 180°의 아크로 대하지만, 도 6(a)에 예시된 것처럼 반사기의 광학축에 수직 방향으로 볼 때 더 작은 아크, 예를 들면, 90°로 대한다. 그러므로 구형 표면(605)의 허용각은 대략 램프의 방사각에 매칭이며, 이는 반사기의 광학축을 따라 볼때 약 180°이지만, 반사기의 광학축에 수직 방향으로 볼 때 약 90°이다.
도 6에 예시된 실시예는 도 5에 예시된 실시예보다도 제조하기에 더 용이한데, 왜냐하면 그것은 적은 물질을 요하며, 광학적 특성으로 이루어진 더 작은 표면을 요구하기 때문이다. 도 6에 예시된 실시예의 다른 개선책으로, 구형 표면(605)은 수차(aberration)를 감소시키도록 수정된다. 예를 들면, 비구형 표면 또는 다른 적절한 표면이 사용될 수 있다.
도 7에는 도 5에 예시된 발명의 실시예로 사용하기 위한 투영 시스템이 예시되어 있다. 집광 렌즈(705)는 테이퍼링된 광 파이프(704)의 출력 단부와 대체로 직렬로 위치된다. 집광 렌즈(705)와 대체로 직렬로 위치된 투영 시스템(706)은 광학 커플링 엘리먼트(702)에서 수집 및 집속된 전자기 복사에 의해 조명되며 집광 렌즈(705)에서 집속된다. 투영 시스템(706)은 수집 및 집속된 전자기 복사(701)를전송 및 방출하여 소정의 위치에 이미지를 투영한다.
전자기 복사의 소스에 의해 방사된 전자기 복사를 수집하고 그 수집된 복사를 타겟에 초점맞추기 위한 방법은, 본 발명의 실시예에 따라, 다음과 같다. 전자기 복사의 소스는 제 1 반사기의 초점에 위치된다. 복사 광선들은 소스에 의해 생성된다. 상기 복사 광선들은 제 1 반사기에 의해 반사된다. 복사 광선들은 제 2 반사기의 초점에서 수렴된다. 대체로 반구 광학 커플링 엘리먼트는 그 중심이 제 2 반사기의 초점에 대체로 근접하도록 위치된다.
상기 반사기에 의헤 반사된 복사 광선들은 광학 커플링 엘리먼트의 대체로 만곡진 표면을 통과하여 제 2 반사기의 초점쪽으로 향한다.
발명은 상기에 상세하게 기술되어 있지만, 발명은 설명된 것처럼 특정 실시예들로 제한되는 것은 아니다. 당 기술분야의 당업자는 발명의 개념으로부터 벗어나지 않고 본문에 기술된 특정 실시예들의 다양한 사용 및 변형을 이룰 수 있음이 자명하다.

Claims (30)

  1. 전자기 복사의 소스;
    상기 소스가 방사하는 전자기 복사의 적어도 일부분으로 조명되며, 센터와 상기 센터 주위에 분포된 만곡진 표면을 갖는 렌즈 및 테이퍼링된 광 파이프로 이루어진 광학 커플링 엘리먼트;
    제 1 광학축과 상기 제 1 광학축에 제 1 초점을 갖는 제 1 반사기;
    제 2 광학축과 상기 제 1 광학축에 대체로 대칭으로 배치된 상기 제 2 광학축에 제 2 초점을 가짐으로써 상기 제 1 광학축이 제 2 광학축과 동일 선상에 있는 제 2 반사기를 포함하며,
    상기 소스는 상기 제 1 반사기로부터 상기 제 2 반사기로 반사하며 제 2 초점에서 대체로 수렴하는 복사 광선을 생성시키도록 제 1 반사기의 제 1 초점에 근접 위치되며,
    상기 센터는 제 2 반사기의 제 2 초점에 근접 위치되고, 상기 만곡진 표면은 상기 센터와 제 2 반사기 사이에 배치되어 상기 전자기 복사를 수집하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 만곡진 표면은 대체로 비구형인 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 만곡진 표면은 상기 센터 주위에 대체로 방사상으로 분포되는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 렌즈는 반구형인 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 전자기 복사 스펙트럼의 사전-지정된 부분만을 반사하는 코팅물을 구비하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 코팅물은 가시광선 복사, 사전-특정된 대역의 복사, 또는 특정 색채의 복사만을 반사하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 타원형 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 토로이달형(toroidal) 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 구형 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 파라볼라형 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전자기 복사의 소스가 방사한 전자기 복사의 일부분은 상기 제 1 반사기에 직접 충돌하고 전자기 복사의 일부분은 상기 제 1 반사기에 직접 충돌하지 않으며, 상기 시스템은 상기 제 1 반사기에 직접 충돌하지 않는 전자기 복사의 적어도 일부분을 상기 제 1 반사기의 제 1 초점을 통하여 상기 제 1 반사기 쪽으로 반사시켜 수렴하는 광선의 플럭스 강도를 증가시키도록 구성 및 배열된 부가 반사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 부가 반사기는 상기 소스로부터 방사된 전자기 복사를 상기 제 1 반사기로부 이격된 방향에서 상기 반사기쪽으로 상기 제 1 반사기의 제 1 초점을 통하여 반사시키도록 상기 제 1 반사기에 대향하여 상기 소스의 일측에 배치된 구형 역-반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 소스는 광-방사 아크 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 아크 램즈는 크세논 램프, 금속 할라이드 램프, HID 램프, 또는 수은 램프를 포함하는 그룹으로부터 선택된 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 아크 램프는 필라멘트 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 커플링 엘리먼트는 단일 코어 광화이버, 화이버 번들, 융합된 화이버 번들, 다각형 로드, 중공 반사형 광 파이프, 또는 균질화기를 포함하는 그룹으로부터 선택된 웨이브가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 웨이브가이드의 단면은 원형 웨이브가이드, 다각형 웨이브가이드, 테이퍼링된 웨이브가이드 및 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 커플링 엘리먼트는 석영, 글래스, 플라스틱 또는 아크릴로 이루어지는 그룹트로부터 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서, 광화이버를 더 포함하며, 상기 광화이버는 상기 광학 커플링 엘리먼트에서 수집 및 집속되는 복사에 의해 조명되며, 그 수집 및 집속된 복사를 방출하여 소정의 위치에 조명을 제공하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이퍼링된 광 파이프의 출력 단부에 근접 배치된 집광 렌즈;
    상기 집광 렌즈의 출력측에 근접 배치된 이미지 투영 시스템을 포함하며,
    이미지가 상기 광학 커플링 엘리먼트에서 수집 및 집속된 복사에 의해 조명되고, 상기 투영 시스템은 수집 및 집속된 복사를 방출하여 이미지를 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 수집 및 집속 시스템.
  21. 전자기 복사의 소스에 의해 방사된 전자기 복사를 수집하고 그 수집된 복사를 광학 커플링 엘리먼트에 초점맞추기 위한 광학 디바이스에 있어서,
    전자기 복사의 소스;
    상기 소스에 의해 방사된 전자기 복사의 적어도 일부분으로 조명되며, 센터와 상기 센터 주위에 분포된 만곡진 표면을 갖는 렌즈 및 테이퍼링된 광 파이프를 포함하는 광학 커플링 엘리먼트;
    제 1 광학축과 상기 제 1 광학축위에 제 1 초점을 갖는 제 1 반사기;
    제 2 광학축과 상기 제 1 광학축에 대체로 대칭으로 배치된 제 2 광학축위에 제 2 초점을 가짐으로써 상기 제 1 광학축이 제 2 광학축과 동일 선상에 있는 제 2 반사기를 포함하며,
    상기 소스는 상기 제 1 반사기로부터 제 2 반사기로 반사하는 복사 광선들을 생성하여 상기 제 2 초점에서 대체로 수렴하도록 제 1 반사기의 제 1 초점에 근접 위치되고,
    상기 센터는 제 2 반사기의 제 2 초점에 근접 위치되며, 상기 만곡진 표면은 상기 센터와 상기 제 2 반사기 사이에 배치되어 전자기 복사를 수집하는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
  22. 제 21 항에 있어서, 부가 반사기는 상기 제 1 반사기에 직접 충돌하지 않는 소스에 의해 방사된 전자기 복사의 적어도 일부분을 상기 제 1 반사기 쪽으로 상기 제 1 반사기의 제 1 초점을 통하여 반사시켜 수렴하는 광선의 플럭스 강도를 증가시키도록 구성 및 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 부가 반사기는 소스에 의해 방사된 전자기 복사를 상기 제 1 반사기로부터 이격된 방향에서 상기 제 1 반사기 쪽으로 상기 제 1 반사기의 제 1 초점을 통하여 반사시키도록 제 1 반사기에 대향하여 소스의 일측에 배치된 구형 역-반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 타원형 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
  25. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 토로이달형 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
  26. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 구형 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
  27. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 파라볼라형 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 디바이스.
  28. 전자기 복사의 소스가 방사한 전자기 복사를 수집하고 그 수집된 복사를 타겟에 초점맞추기 위한 방법에 있어서,
    상기 전자기 복사의 소스를 제 1 반사기의 초점에 위치시키는 단계;
    상기 소스에 의해 복사 광선들을 생성시키는 단계;
    상기 복사 광선들을 제 2 반사기에 의해 제 2 반사기쪽으로 반사시키는 단계;
    상기 복사 광선들을 제 2 반사기의 초점에 수렴시키는 단계;
    대체로 반구형 광학 커플링 엘리먼트의 센터가 제 2 반사기의 초점에 대체로근접하도록 위치시키는 단계;
    상기 제 2 반사기에 의해 반사된 복사 광선들을 상기 공학 커플링 엘리먼트의 대체로 만곡진 표면을 통하여 상기 제 2 반사기의 제 2 초점을 통하여 통과시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 파라볼라형 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반사기는 대체로 타원형 표면의 회전체의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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