專利名稱：利用級(jí)聯(lián)拋物面反射鏡的收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及照明系統(tǒng)，特別涉及用于收集和聚集電磁輻射到一個(gè)很小點(diǎn)使之與目標(biāo)耦合的光學(xué)系統(tǒng)。
為克服這一基本缺陷，常用的一種方法就是利用弧光燈作為光源并結(jié)合反向反射鏡，這樣，從弧光燈一側(cè)發(fā)射的光就被反向反射鏡改變方向而折回穿過弧光。由于通過弧光的反射光的吸收作用很小，從弧光燈的相對(duì)側(cè)發(fā)出的光包括了弧光本身發(fā)出的光和反向反射的光，因此，從與反向反射鏡相對(duì)的弧光燈一側(cè)發(fā)射的總光通量實(shí)際被加倍。其它在先技術(shù)的方法通過將來(lái)自弧光的光反射回多次而使這個(gè)原理得到延伸，因而進(jìn)一步增大光通量，如Goldenlerg等人的美國(guó)專利(專利號(hào)4957759)所述。
參見美國(guó)專利(專利號(hào)5707131)，其說明書公開了利用多個(gè)燈結(jié)合多個(gè)凹面反射鏡，以把第一燈的弧光的像點(diǎn)聚焦到一個(gè)離軸級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)中的另一個(gè)燈的弧光。

圖1a和1b說明了利用一個(gè)級(jí)聯(lián)系列的反射鏡和排在離軸關(guān)系中的光源將光耦合到一個(gè)目標(biāo)的原理，如上述專利所述。該系統(tǒng)包括三個(gè)主要組成部分多個(gè)源Si、多個(gè)反射鏡Mi、和至少一個(gè)目標(biāo)I。
該多個(gè)源Si通常是點(diǎn)式電磁輻射源，如有弧隙的高強(qiáng)度弧形燈。然而，任何具有小發(fā)射面積的小型電磁輻射源都是合適的。
多個(gè)反射鏡Mi將從源Si發(fā)出的電磁輻射聚焦到至少一個(gè)目標(biāo)I。在專利號(hào)為5707131的專利中，反射鏡都是具有面向目標(biāo)和光源之凹面的鏡子，反射鏡的反射面或是球面形、環(huán)面形或是橢圓面形，這樣可以實(shí)現(xiàn)離軸反射，如該技術(shù)所示。
目標(biāo)是一個(gè)小的物體，它被提供具有盡可能為最高密度電磁輻射的照明，例如單芯光纖或其它光學(xué)光導(dǎo)的端面。
當(dāng)源到目標(biāo)的距離很小時(shí)，盡管一個(gè)非級(jí)聯(lián)離軸系統(tǒng)產(chǎn)生了最小的近似1∶1的放大倍數(shù)，用于在專利號(hào)為5707131之專利中已公開的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，當(dāng)多個(gè)燈和反射鏡加入一個(gè)級(jí)聯(lián)時(shí)，離軸系統(tǒng)產(chǎn)生的少量的放大倍數(shù)將增加并擴(kuò)展。這樣，目標(biāo)點(diǎn)往往會(huì)經(jīng)受相當(dāng)大的放大倍數(shù)，通量密度相應(yīng)減小，耦合到目標(biāo)的光量也減少。由于在先技術(shù)中前述的及其它內(nèi)在的缺陷，有必要提出一種改進(jìn)的耦合系統(tǒng)，其中，光源能以1∶1的放大倍數(shù)級(jí)聯(lián)，使得當(dāng)增加更多的燈時(shí)不會(huì)降低級(jí)聯(lián)的功效。
本發(fā)明特別提供一種電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，用于提供在一小區(qū)域中帶有較高輻射通量的高強(qiáng)度光輸出，它包括一組級(jí)聯(lián)光源和基本上呈拋物面形的反射鏡，由于這樣一個(gè)系統(tǒng)接近于在該目標(biāo)的弧光的1∶1放大倍數(shù)，基本上不依賴于從光源到目標(biāo)的距離，可以級(jí)聯(lián)多個(gè)燈而不降低功效。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在目標(biāo)上得到的亮度將高于采用單個(gè)光源的情況，并僅受級(jí)聯(lián)設(shè)置在該特定結(jié)構(gòu)中的光源及反射鏡的數(shù)目的限制。本發(fā)明還可選擇設(shè)置兩個(gè)輸出而不僅是一個(gè)輸出。此外，利用一組級(jí)聯(lián)的兩個(gè)或多個(gè)光源，通過對(duì)單個(gè)光源的開關(guān)可以進(jìn)行光強(qiáng)和波長(zhǎng)控制。本發(fā)明的另一個(gè)特征是通過級(jí)聯(lián)多個(gè)光源提供冗余(redundancy)。對(duì)于需要小于所有光源的光強(qiáng)度的應(yīng)用，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一個(gè)光源可用作備用光源，當(dāng)另一個(gè)光源發(fā)生故障時(shí)，該備用光源被打開并幾乎沒有停止工作時(shí)間。
圖4是表示兩個(gè)拋物面系統(tǒng)基本單元的級(jí)聯(lián)的示意圖，其中利用一個(gè)全拋物面準(zhǔn)直反射鏡、一個(gè)半拋物面準(zhǔn)直反射鏡、一個(gè)半拋物面聚焦反射鏡和一個(gè)用于反向反射的球面鏡將兩個(gè)燈的輸出耦合到單個(gè)目標(biāo)；圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的三個(gè)拋物面系統(tǒng)基本單元的級(jí)聯(lián)的示意圖，其中，利用三個(gè)全拋物面準(zhǔn)直反射鏡、一個(gè)半拋物面聚焦反射鏡和一個(gè)平板反向反射鏡將三個(gè)燈的輸出耦合到單個(gè)目標(biāo)；圖6a至圖6g是可在本發(fā)明的實(shí)施例中被采用的多個(gè)截面為多邊形的光導(dǎo)(波導(dǎo))目標(biāo)的示意圖；圖7是一個(gè)在本發(fā)明中可被利用的圓形截面光導(dǎo)目標(biāo)的示意圖；圖8a是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)增大的錐面光導(dǎo)的側(cè)視圖；圖8b是說明根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)減小的錐面光導(dǎo)的側(cè)視圖。
光源21最好是高強(qiáng)度弧光燈，它被設(shè)置在拋物面準(zhǔn)直反射鏡22的焦點(diǎn)處。在本發(fā)明的實(shí)施例中特別適用的弧光燈將具有弧隙，它相對(duì)于拋物面反射鏡22的焦矩較小，并比得上目標(biāo)I之所要求的大小。這樣的燈可以是水銀燈、汞氙燈、氙燈、金屬鹵化燈、HID燈(高強(qiáng)度放電燈)、鎢鹵燈或鹵素?zé)?。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易理解的是，應(yīng)該根據(jù)本發(fā)明的特定應(yīng)用選擇燈的類型和額定功率。
根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施例的目標(biāo)I可以是需要將光的聚焦點(diǎn)的照射于其上的任何區(qū)域。例如，這些區(qū)域可以是、但不限于是透鏡的表面、光導(dǎo)的輸入表面(光導(dǎo)可以是單根光纖或光纖束)、光束均勻器、空心內(nèi)反射管、其它光纖、光導(dǎo)及其組合。用于本發(fā)明之實(shí)施例的合適的光束均勻器包括錐面的或非錐面的多邊形波導(dǎo)、單芯光纖、光纖的熔絲束或非熔絲束、或光纖束。
當(dāng)目標(biāo)I是光導(dǎo)(波導(dǎo))時(shí)，它可以是截面如圖6a至6f所示的多邊形、或是如圖7所示的圓形。另外，目標(biāo)I可以是如圖8a所示的增大的錐面光導(dǎo)、或是如圖8b所示的減小的錐面光導(dǎo)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所有的反射鏡都是其上具有高反射光學(xué)涂層的鏡子，例如鋁或銀。這些鏡子非常有效地反射所有形式的輻射，包括紫外線光、可見光和紅外線光。對(duì)于某些應(yīng)用，本發(fā)明的反射鏡可以包括玻璃制成的鏡子并被涂覆有波長(zhǎng)選擇多層介電涂層。例如，僅在可見波長(zhǎng)中具有高反射率的冷涂層可被用于光學(xué)應(yīng)用。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，在本發(fā)明之實(shí)施例中可以單獨(dú)應(yīng)用和組合應(yīng)用各種涂層。
如圖2a所述，在該基本單元的這一實(shí)施例中，拋物面準(zhǔn)直反射鏡22的形狀基本上象半拋物面。該系統(tǒng)最好具有球面反向反射鏡24a，其曲率中心與光源21重合，這樣使得反向反射鏡24a將光反射回到光源21的弧隙，基本上沒有放大像點(diǎn)。該反向反射將增大(接近兩倍)射向目標(biāo)I的光通量的總量，該目標(biāo)最好是光導(dǎo)26的端面。
光源21發(fā)出的光和由反向反射鏡24a反射的光被校準(zhǔn)為平行光線，其傳播方向平行于拋物面準(zhǔn)直反射鏡22的光軸28。利用具有基本上為半拋物面形的一個(gè)聚焦反射鏡23，使這些平行光線然后被聚焦于目標(biāo)I的一個(gè)點(diǎn)，該半拋物面形具有與拋物面準(zhǔn)直反射鏡22基本相同的二次曲線參數(shù)。聚焦反射鏡23的設(shè)置使得其光軸29基本上與第一拋物面區(qū)域的光軸共線，結(jié)果形成具有單位放大倍數(shù)及產(chǎn)生最亮光強(qiáng)光斑的系統(tǒng)。
圖2b描述了一個(gè)如圖2a所示的基本單元的另一實(shí)施例，其中，球面反向反射鏡24a被第二半拋物面形反射鏡22a和一個(gè)平板反向反射鏡24b所替代，該平板反向反射鏡與第一和第三拋物面區(qū)域的光軸28垂直。本領(lǐng)域技術(shù)人員易于理解的是，當(dāng)平板反向反射鏡24b被使用時(shí)，第一半拋物面區(qū)域22和第二半拋物面區(qū)域22a可以被基本上是全拋物面形的單個(gè)反射鏡可互換地替代。
圖3a描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中如圖2a、2b所示的兩個(gè)基本單元系統(tǒng)是按級(jí)聯(lián)關(guān)系來(lái)設(shè)置的。第一光源31a被設(shè)置在一個(gè)基本上是全拋物面形反射鏡32a的焦點(diǎn)處，這樣，反射鏡32a收集的光被校準(zhǔn)為平行光線。由平面鏡構(gòu)成的反向反射鏡34位于拋物面反射鏡32a的輸出面之前，它覆蓋了反射鏡的孔徑的一半，其排列垂直于反射鏡的軸38a，使得光被反射折回到它自己的路徑，并通過第一光源31a向后再聚焦。被該拋物面反射鏡之上半部校準(zhǔn)的光將幾乎被加倍，包括直接由弧光本身發(fā)出的光和經(jīng)反向反射的光。第一光源31a的輸出由此被導(dǎo)向到第二拋物面反射鏡32b，該反射鏡具有基本上為拋物面之形狀并帶光源31b，光源31b被設(shè)置在它的焦點(diǎn)處。來(lái)自反射鏡31b的光由反射鏡32b聚焦，形成光源31b的弧光。
由第一光源31a和部分第二光源31b發(fā)出的光構(gòu)成的總輸出將由第二反射鏡32b的下半部分校準(zhǔn)成為平行光線。重新導(dǎo)向反射鏡35最好是平面鏡，它設(shè)置在相對(duì)反射鏡32b的光軸38b成一個(gè)角的位置，它使來(lái)自反射鏡32b的輸出改變方向進(jìn)入一個(gè)聚焦反射鏡33，在該聚焦反射鏡處被聚焦為在目標(biāo)I上的一個(gè)點(diǎn)。
光源31b發(fā)射并朝著反射鏡32b之上半部分的部分光(朝上如圖3a所示)將由反射鏡32b校準(zhǔn)，由半反射鏡32a的上半部分聚焦穿過光源31a的弧光，然后由反射鏡32a的下半部分和反向反射鏡34之組合將光反向反射折回到光源31a的弧光。然后，該反向反射光由反射鏡32a校準(zhǔn)、由反射鏡32b聚焦通過光源31b的弧光、由重新導(dǎo)向反射鏡35改變其方向、及由瞄準(zhǔn)反射鏡33將其與其它前述的光一起收集到目標(biāo)I的一點(diǎn)。假設(shè)沒有因缺陷導(dǎo)致的損耗和光源相同，由這樣的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)在目標(biāo)I上產(chǎn)生的亮度接近四倍于單個(gè)光源而無(wú)反向反射的亮度。
圖3b描述了本發(fā)明的另一實(shí)施例，采用與圖3a所示類似的設(shè)計(jì)，除了是采用兩個(gè)目標(biāo)I及Ia而不是一個(gè)。比較圖3a和3b描述的實(shí)施例可以看出，反向反射鏡34已被從圖3a的實(shí)施例中略去，而被第二重新導(dǎo)向反射鏡35a和第二瞄準(zhǔn)反射鏡33a替代，它們按與重新導(dǎo)向反射鏡35和瞄準(zhǔn)反射鏡33相似的方式定向，以便將光源31a和31b的光耦合到目標(biāo)Ia。
圖4描述了本發(fā)明的另一實(shí)施例，除將一球面凹鏡44用作反向反射鏡外(如圖2a所示系統(tǒng)中同樣采用的)，其結(jié)構(gòu)與如圖3a所述實(shí)施例相似。圖4的系統(tǒng)的性能與圖3a的系統(tǒng)性能基本一致，聚焦在目標(biāo)I的總光通量基本上是無(wú)反向反射的單個(gè)光源之光通量的四倍。與圖2a類似，反射鏡42a是半拋物面，與圖3a所示實(shí)施例中采用的全拋物面反射鏡32a不同。
雖然以上所述顯示兩個(gè)光源級(jí)聯(lián)為單個(gè)輸出，實(shí)際上通過利用光源和拋物面反射鏡的相同基本單元可以級(jí)聯(lián)更多個(gè)燈。圖5描述了一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，其中三個(gè)光源51a、51b和51c通過一系列拋物面準(zhǔn)直反射鏡52a、52b和52c、反向反射鏡54、重新導(dǎo)向反射鏡55和聚焦反射鏡53級(jí)聯(lián)，并使光聚焦為在目標(biāo)I的一點(diǎn)。在這一情況下，不考慮在反射鏡的鏡損失和在光源的燈外殼反射，目標(biāo)I的理論上的總通量六倍于未使用反向反射的單個(gè)光源可達(dá)到的光通量。
用相應(yīng)的拋物面準(zhǔn)直反射鏡可以同樣地級(jí)聯(lián)更多的燈至所需的光源數(shù)(n)。
如本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所理解的，在本發(fā)明的實(shí)際實(shí)施中，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明可以級(jí)聯(lián)多少個(gè)燈、而同時(shí)對(duì)在目標(biāo)處的通量仍有顯著的改善，將會(huì)有一個(gè)限制。光通量可以不受該系統(tǒng)中各種缺陷之光源的影響，包括反射鏡的反射率、對(duì)于弧光燈在燈外殼的玻璃/空氣界面處的菲涅爾反射、及任何由反射鏡、弧光燈的玻璃外殼及多通道帶來(lái)的光學(xué)像差。
除增大目標(biāo)點(diǎn)的通量，根據(jù)本發(fā)明的拋物面級(jí)聯(lián)聚集和收集系統(tǒng)可用于產(chǎn)生其它所需要的結(jié)果。例如，根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)級(jí)聯(lián)光源可以被有利地用于提供冗余輻射光源。在一個(gè)類似于圖3a和圖3b并具有兩個(gè)源的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中，被聚焦在目標(biāo)點(diǎn)上的輸出輻射或可以是來(lái)自兩個(gè)源之輻射的組合，或可以是獨(dú)立來(lái)自每一個(gè)源的輻射。如果在該系統(tǒng)的正常工作期間只采用一個(gè)源、而該源因某種原因失效時(shí)，可采用該第二源替代失效的源。采用根據(jù)本發(fā)明的級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)單地關(guān)閉該失效的源，在數(shù)秒內(nèi)可接通該第二源，而不需要對(duì)該系統(tǒng)做任何實(shí)際改變。當(dāng)不希望為耦合系統(tǒng)花費(fèi)相當(dāng)多的停工時(shí)間時(shí)，這個(gè)特征是特別有利的。
同樣，本發(fā)明實(shí)施例中所使用的光源可以是兩個(gè)精選的光源，它們產(chǎn)生不同類型的輻射(不同的波長(zhǎng)、強(qiáng)度等)。例如，在一個(gè)含兩個(gè)光源的系統(tǒng)中，第一光源可以是汞弧燈，第二光源可以是鈉弧燈。這些弧光燈被認(rèn)為是效率非常高的節(jié)能燈。該汞燈發(fā)射具有藍(lán)光范圍中之波長(zhǎng)的可見光，而該鈉燈發(fā)射具有黃光范圍中之波長(zhǎng)的可見光。當(dāng)這些類型的燈被獨(dú)立使用時(shí)產(chǎn)生對(duì)照明不需要的光，例如手術(shù)用照明，當(dāng)這兩個(gè)波長(zhǎng)的光被組合使用時(shí)，輸出光之整體顏色更類似于白色光。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于理解，將那些產(chǎn)生不同輸出光譜的燈進(jìn)行組合的能力使得根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)滿足各種光譜輸出特性的需要。
另外，拋物面的大小可以是半拋物面，如上所述，或者可以根據(jù)應(yīng)用情況在其圓形范圍內(nèi)更大或更小。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，拋物面部分小于半拋物面，例如，大于四分之一拋物面但小于半拋物面。
以上說明了本發(fā)明，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，只要不違背本發(fā)明的原理和范圍，可以用很多方式對(duì)其進(jìn)行變化和修改。任何及所有這樣的修改都應(yīng)包含在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，用于提供在一小區(qū)域中帶有較高輻射通量的高強(qiáng)度光輸出，包括一個(gè)第一凹面反射鏡，具有一個(gè)焦點(diǎn)，所述第一反射鏡具有基本上為拋物面的形狀；一個(gè)第一電磁輻射源，設(shè)置在靠近所述第一凹面反射鏡的所述焦點(diǎn)之位置；一個(gè)反向反射鏡，被設(shè)計(jì)用于使電磁輻射改變方向而折回通過一個(gè)所述第一源的第一側(cè)，然后出來(lái)通過所述第一源的第二側(cè)，使得基本上所有由所述第一源發(fā)射的輻射都朝著所述第一反射鏡的拋物面部分；一個(gè)第二凹面反射鏡，具有一個(gè)焦點(diǎn)，所述第二反射鏡具有基本上為拋物面的形狀；一個(gè)第二電磁輻射源，設(shè)置在靠近所述第二凹面反射鏡的所述焦點(diǎn)之位置；一個(gè)凹面聚焦反射鏡，具有一個(gè)焦點(diǎn)，所述聚焦反射鏡具有含拋物面形狀的至少一部分；一個(gè)目標(biāo)，設(shè)置在所述聚焦反射鏡的所述焦點(diǎn)附近；及其中，所述第一反射鏡和所述反向反射鏡被定向，以便校準(zhǔn)基本上所有來(lái)自所述第一源的輻射，并使其射向所述第二反射鏡，所述第二反射鏡被定位，以便校準(zhǔn)基本上所有來(lái)自所述第一反射鏡和所述第二源的輻射，并使其改變方向進(jìn)入所述聚焦反射鏡，所述聚焦反射鏡被定位，以便收集由所述第二反射鏡反射的輻射并將輻射聚焦在所述目標(biāo)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述拋物面部分是半拋物面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述拋物面部分小于半拋物面并大于四分之一拋物面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，還包括一個(gè)第三凹面反射鏡，具有一個(gè)焦點(diǎn)，所述第三反射鏡具有基本上為拋物面的形狀；一個(gè)第三電磁輻射源，設(shè)置在靠近所述第三凹面反射鏡的所述焦點(diǎn)之位置；其中，所述第三反射鏡被定位于所述第一反射鏡和所述第二反射鏡之間，以便校準(zhǔn)基本上所有離開所述第一反射鏡的輻射和基本上所有由所述第三源發(fā)射的輻射，并使其改變方向進(jìn)入所述第二反射鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)是光學(xué)光導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光導(dǎo)具有從包括透鏡、光束均勻器、內(nèi)反射管、光纖及光纖束的一組中選擇的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述光導(dǎo)是從包括圓形截面光導(dǎo)、多邊形截面光導(dǎo)、錐形光導(dǎo)及其組合的一組中選擇的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一源和第二源中的至少一個(gè)是高強(qiáng)度弧光燈。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述高強(qiáng)度弧光燈是從包括汞氙燈、氙燈、金屬鹵化物燈、HID燈、鎢鹵燈及鹵素?zé)舻囊唤M中選擇的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一源和第二源發(fā)射不同強(qiáng)度的輻射。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中所述第一和第二光源發(fā)射不同波長(zhǎng)的輻射。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一反射鏡和第二反射鏡中至少有一個(gè)被處理，以便有選擇地濾除具有預(yù)定波長(zhǎng)的輻射。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述第一反射鏡有一光軸，所述反向反射鏡包括一平面反射鏡，該平面反射鏡被定位垂直于所述光軸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反向反射鏡包括具有曲率中心的凹面球形反射鏡，其中所述球形反射鏡被調(diào)準(zhǔn)以便設(shè)置所述第一源靠近所述曲率中心。
15.一種級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，為提供在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)帶有高輻射通量的高強(qiáng)度光輸出，包括多個(gè)凹面反射鏡，各凹面反射鏡都有一個(gè)光軸和一個(gè)焦點(diǎn)，所述多個(gè)凹面反射鏡之每一個(gè)具有基本上為拋物面的形狀；多個(gè)電磁輻射源，所述多個(gè)源的每一個(gè)源與所述多個(gè)反射鏡的一個(gè)反射鏡配對(duì)，每一個(gè)所述源設(shè)置的位置靠近與之相配對(duì)的反射鏡的所述焦點(diǎn)，每一源與反射鏡配對(duì)被定位，以便每一個(gè)所述反射鏡從與之配對(duì)的所述源接收電磁輻射，并校準(zhǔn)所述輻射的射線平行于所述反射鏡的所述光軸。一個(gè)第一聚焦反射鏡，具有一個(gè)焦點(diǎn)，所述聚焦反射鏡至少有一部分是拋物面形狀；一個(gè)目標(biāo)，設(shè)置在靠近所述聚焦反射鏡的焦點(diǎn)處；及其中，所述多個(gè)反射鏡使從級(jí)聯(lián)方式中的所述多個(gè)源發(fā)射的電磁輻射改變方向，射到所述聚焦反射鏡上，其中所述聚焦反射鏡聚集所述被改變方向的輻射到所述目標(biāo)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述拋物面部分是半拋物面。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述拋物面部分小于半拋物面，并大于四分之一拋物面。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，還包括一個(gè)第二凹面聚焦反射鏡，具有一個(gè)焦點(diǎn)，所述第二聚焦反射鏡至少有一部分基本上是半拋物面形狀；及一個(gè)第二目標(biāo)，設(shè)置在靠近所述第二聚焦反射鏡的所述焦點(diǎn)處；其中，所述多個(gè)反射鏡使從級(jí)聯(lián)方式中的所述多個(gè)源發(fā)射的電磁輻射改變方向，射到所述瞄準(zhǔn)反射鏡和所述第二聚焦反射鏡上，其中，所述第一聚焦反射鏡聚集所述被改變方向的輻射的第一部分到所述目標(biāo)，所述第二聚焦反射鏡聚集所述被改變方向的輻射的第二部分到所述第二目標(biāo)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，還包括一個(gè)反向反射鏡；及其中，所述反向反射鏡改變電磁輻射的方向折回通過所述多個(gè)源的第一源的第一側(cè)，射出并通過所述第一源的第二側(cè)，以便使基本上所有由所述第一源發(fā)射的輻射被射向該反射鏡的基本上為半拋物面之部分，該反射鏡與所述第一源配對(duì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，與所述第一源配對(duì)的所述反射鏡具有一個(gè)光軸，所述反向反射鏡包括平面反射鏡，它被定位垂直于所述光軸。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述反向反射鏡包括具有曲率中心的凹面球形反射鏡，其中所述球形反射鏡被調(diào)準(zhǔn)以便設(shè)置所述第一源靠近所述曲率中心。
22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)是光學(xué)光導(dǎo)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)光導(dǎo)是從包含透鏡、光束均勻器、內(nèi)反射管、光纖和光纖束的一組中選擇的一種。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)光導(dǎo)是從包含圓形截面光導(dǎo)、多邊形截面光導(dǎo)、錐形光導(dǎo)及其組合的一組中選擇的。
25.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)源的至少一個(gè)是高強(qiáng)度弧光燈。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述高強(qiáng)度弧光燈是從包括汞氙燈、氙燈、金屬鹵化物燈、HID燈、鎢鹵燈及鹵素?zé)舻囊唤M中選擇的一種。
27.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，在所述多個(gè)源中至少有兩個(gè)源發(fā)射具有不同強(qiáng)度的輻射。
28.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，在所述多個(gè)源中至少有兩個(gè)源發(fā)射具有不同波長(zhǎng)的輻射。
29.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)反射鏡包括至少三個(gè)反射鏡。
30.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)源包括至少三個(gè)源。
31.根據(jù)權(quán)利要求15所述的級(jí)聯(lián)電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng)，其中，在所述多個(gè)反射鏡中至少一個(gè)反射鏡被處理，以便可選擇地濾除具有預(yù)定波長(zhǎng)的輻射。
全文摘要
一種電磁輻射收集和聚集光學(xué)系統(tǒng),包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的凹形拋物面反射鏡(32a,32b)和多個(gè)電磁輻射或光源(31a,31b),這些電磁輻射或光源射出光能到這些凹面反射鏡,其射出方式使得由這些反射鏡將來(lái)自每一個(gè)源(31a,31b)的能量組合到一個(gè)輸出目標(biāo),例如單芯光纖(I)的端面。
文檔編號(hào)F21V8/00GK1359460SQ00809764
公開日2002年7月17日 申請(qǐng)日期2000年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月1日
發(fā)明者肯尼斯·K·利 申請(qǐng)人:考金特光學(xué)技術(shù)公司