CN1208649C - 使用双椭球反射镜将光源的光耦合到目标 - Google Patents

Abstract

一种会聚和收集光的系统包括第一反射镜(20)和第二反射镜(30)。第一和第二反射镜包括具有两个焦点(24，26)的回转椭球部分和光轴(22)。电磁辐射源位于第一反射镜的一个焦点上以产生在第一反射镜的第二焦点(26)会聚的辐射。两个反射镜的第二焦点(26，36)重合。放置第二反射镜接收通过第二反射镜的第二焦点并聚焦到位于第二反射镜的第一焦点上的目标后的辐射。为了在该目标获得最大照明度，第一和第二反射镜尺寸和形状基本相同且彼此光学对称地放置，以便从第一椭球反射镜的表面部分反射的辐射再从第二椭球反射镜的相应表面部分反射，以实现电磁辐射源及其聚焦图像单位放大。椭球反射镜可以包括非椭球部分或可以是以球形或复曲面反射镜近似。

Description

使用双椭球反射镜将光源的光耦合到目标

发明领域

本发明涉及用于收集和会聚电磁辐射的系统，尤其涉及主要包括椭球反射镜的系统，用于收集从辐射源发出的辐射和将收集的辐射聚焦到目标上。

发明背景

一种光收集和会聚系统包括多个光学组件，诸如反射镜和透镜，接收来自诸如灯泡的光源的光能，并将光能引向目标。具体地说，光学系统收集和会聚电磁辐射以将光能耦合到标准波导诸如单纤或纤维束或将光能输出到投影仪的均化器。光学系统的功能目标是使目标处的电磁辐射亮度(即光通量强度)最大。

从光源收集和会聚光的光学系统通常分为“轴上”(on-axis)和“轴外”(off-axis)。在轴上系统中，反射镜位于光源和目标之间的光轴上。图1说明已知的轴上光学系统，使用有成像透镜的抛物面反射镜。抛物面反射镜具有从焦点发出的光能基本照准而与光轴平行传播的特点。图1的光系统通过将光源放在焦点上以便照准来自光源的光使用抛物面反射镜的这一特点。位于光束中的聚光透镜接收基本照准的光能并将其重新引向目标。用这种方法，收集光能和将其会聚到目标上。使用抛物面反射镜还允许使用多种类型的滤光镜来改善光学系统的性能和耐用性。然而，光的发散沿着反射镜持续变化，近光轴传播的射线发散最大。结果，系统的放大率随着从光源发出的光所走的不同的路径而变化，使系统亮度降低。另外，即使在很好的条件下聚焦透镜也产生失真图像，并且在实际操作中典型地产生图像尺寸有效地增大和目标上的光通量强度减小的异常图像。

图2说明另一已知轴上光学系统。该系统使用椭球反射镜，它的特点是将从一个焦点发出的所有光都引导到第二焦点。图2的光学系统使用椭球反射镜，光源放在第一焦点，目标放在第二焦点。如在以前的系统中，轴上椭球系统的亮度因光发散沿反射镜持续变化而降低，靠近光轴传播的射线发散最大。

总地来讲，轴上系统在耦合中通常受到损失亮度的基本限制，因此，降低了光学照明和投射系统的整体效率。具体地说，已知轴上系统中的发射光束的发散不希望地依赖于辐射源的发射角。另外，轴上系统的输出基本是圆形并且对称的，因而可能不适于非圆形目标，如投射中使用的矩形均化器。

在轴外光学收集系统中，反射镜位于光源和目标之间的光轴外。例如，图3说明一种光学系统，其中光源位于反向反射镜的焦点上，目标位于主反射镜的焦点上，但反射镜位于光源和目标之间的光轴外。在所说明的光学系统中，来自光源的光能从反向反射镜反射并传播到主反射镜。然后，光能从主反射镜反射并会聚到目标上。

利用图3的轴外系统，当系统的数值孔径小时，对所有角度的光放大率很接近于1比1。当系统使用具有较高数值孔径的镜子(例如要从相同光源收集更多光能)时，以高发散角反射大角度的光射线，使放大率偏离1比1。而且，放大率减小了在目标处的亮度并使光学系统性能整个降低了。放大率的偏移量依赖于镜子的尺寸、曲率半径以及弧光灯和目标的间距。因此，图3的轴外结构更适于使用较小数值孔径的应用。

还已经知道不同的轴外光学系统。例如，美国专利许可证No.4,757,431(“’431专利”)提供一种会聚和收集系统，应用轴外球形凹面反射镜，它加强了照射小目标的最大光通量强度和由小目标可收集的光通量密度的量。美国专利许可证No.5,414,600(“600专利”)和美国专利许可证No.5,430,634(“’634专利”)提供了对’431专利的光学系统的提高，其中“600专利”的轴外凹面反射镜是椭球形的，“’634专利”的轴外凹面反射镜是复曲面(toroid)的。虽然’634专利中描述的复曲面系统校正了散光，专利’600的椭球系统提供比’431专利的球形反射镜更准确的耦合，但是这些系统都要求将光学涂层应用到高度弯曲的反射表面上，这是相对昂贵且难于以均匀厚度应用。

总地来讲，已知的轴外光学系统提供在目标处通常接近1比1(即无放大率)的光源图像并保留了亮度。然而，在已知的轴外系统中，放大率随着通过增大反射镜收集角来增大收集的光量而大大偏离1比1。这样，由于收集来自光源的光能的较大部分而增大光强度，光学系统的整体性能降低了

为了提出已知光学收集和会聚系统中的问题，美国专利No.09/604,921提供一种轴上的双抛物面反射镜系统，它相对于其它已知系统在很多方面具有优点，包括小尺寸光源实现接近1比1的放大率。如图4所示，该光学收集和会聚系统使用两个通常对称的抛物面透镜，放置成使从第一反射镜反射的光在第二反射镜的相应区段接收。具体地说，从光源发出的光由第一反射镜收集并沿光轴向第二反射镜照准。第二反射镜接收照准的光束并将其聚焦到位于该焦点的目标上。

为了方便描述该光学系统，图4包括用于发自光源的3条不同射线(a，b，c)的光路。射线a在与第一抛物面反射镜相交之前传播了相对小的距离，但是在第一抛物面反射镜的射线a的发散相对大。相反，射线c在光源和第一抛物面反射镜之间传播的更远，但在第一反射镜的发散相对较小。位于射线a和c之间的射线b在与第一抛物面反射镜相交之前传播了中等距离并且发散中等。在这个光学系统中，由于两个抛物面反射镜对称，射线a，b，c在第二抛物面反射镜的相应位置反射，使得在第二抛物面反射镜和目标之间每条射线的距离与在光源和第一抛物面反射镜之间的距离相同。以这种方法，第二反射镜补偿了发散。结果，光学系统以接近1比1的放大率收集和会聚来自光源的光能并保存了光源的亮度。

图4的光学系统还可使用与第一抛物面反射镜结合的反向反射镜，以捕获由光源在离开第一抛物面反射镜的方向发出的辐射并且通过光源将捕获的辐射反射回去。具体地说，反向反射镜具有一般球形的形状，焦点位于基本靠近光源(即，在第一抛物面反射镜的焦点)朝向第一抛物面反射镜，从而增大了从其反射的照准射线的强度。

上述轴上的双抛物面光学系统的一个缺陷是因为光源非常接近反射镜的顶点侧。结果，该系统在光源附近产生大角度的发散(即，沿着类似于射线a的路径)。具体地说，大角度的发散使沿着类似于射线a的路径传播的光能在第二抛物面反射镜上包围了相对较大的区域，因此产生了不需要的异常和亮度损失。

在李的美国专利第5,707,131号“使用级联凹反射镜的收集和会聚光学系统”中，一电磁辐射收集和会聚光学系统包括多个级联的凹反射镜和多个电磁辐射或光源，其以此种方式将光能量辐射到凹反射镜上，即由反射镜将发自每个光源的能量结合至用来照射目标的单独输出中，例如一单独的芯光纤。然而，在至目标的路径上光能量会被放大或畸变。

考虑到已知光学收集和会聚系统中的这些缺陷，目前需要耦合来自小光源光到照明和投影系统的改进的方法和系统。

发明内容

响应上述需要，本发明提供改进的光学收集和会聚系统。用于收集和会聚电磁辐射的改进的系统应用相对的反射镜以实现源图像和目标处的聚焦图像之间单位放大或近似单位放大，从而在目标处产生最大的聚焦强度。具体地说，本发明是针对一种光学装置，用于收集来自电磁辐射源的电磁辐射和将收集的辐射聚焦到要以光源发出的至少部分电磁辐射照射的目标上。该装置包括第一和第二反射镜，各反射镜通常包括至少部分回转的椭球并且有光轴以及在光轴上的两个焦点。位于第一反射镜的一个焦点附近的光源产生会聚在第一反射镜的第二焦点的辐射射线。放置第二反射镜并相对于第一反射镜定向，以便从第一反射镜反射的辐射射线会聚在第二反射镜的一个焦点。然后，辐射射线继续向前直到被第二反射镜反射并朝着位于第二反射镜的第二焦点附近的目标聚焦。第一反射镜和第二反射镜具有基本相同的尺寸和形状并且可彼此相对地大约对称地光学定向，以便由第一反射镜的表面部分反射的每条辐射射线都由第二反射镜的相应表面部分朝向目标反射而实现单位放大。

反向反射镜可以与第一反射镜结合使用以在离开第一反射镜的方向捕获由该光源发出的辐射和将捕获的辐射通过光源朝向第一反射镜反射回，从而增大从其反射的射线的强度。

第一和第二反射镜的形状可以按系统需要与椭球不同。类似地，第一和第二反射镜可以有复曲面或近似椭球的球形。

附图说明

参考附图描述本发明的实施例，其中不同图中类似的部件或特点用类似的标号表示。

图1是已知轴上会聚和收集光学系统的截面的示意图，它使用抛物面反射镜和聚焦透镜；

图2是已知轴上会聚和收集光学系统的截面的示意图，它使用椭球反射镜；

图3是已知轴外会聚和收集光学系统的截面的示意图；

图4是已知轴上会聚和收集光学系统的截面的示意图，它使用两个抛物面反射镜；

图5是轴外会聚和收集光学系统的截面的示意图，它使用按照本发明的一个实施例的两个椭球反射镜；

图6是会聚和收集光学系统的截面的示意图，它使用按照本发明的替换实施例的偏心距更大的两个反射镜；和

图7A-7J是可应用于本发明多个实施例中的多个波导目标的截面示意图。

示例的实施例的详细叙述

现在参考附图描述本发明的示例的实施例。这些实施例说明了本发明的原理，而不应视为限制本发明的范围。

参考作为本发明代表性的最佳实施例表示的图5-6，本发明与以下4个主要部件相关：

1.电磁源

电磁源10最好是具有封套12的光源。最优选地，源10包括诸如氙灯、金属卤化物灯、HID灯或汞灯的弧光灯。对于某些应用，可以使用例如卤化物灯的白炽灯，正如下面更详细地描述的，假定修改该系统以适应该灯的非不透明灯丝。但是，可以使用与目标尺寸类似或比它小的任何电磁辐射源(例如，光纤、白炽灯、气体放电灯、激光、LED、半导体等)。

这里的电磁源的尺寸由强度等高线图的1/e强度较好地定义，强度等高线图描绘光源的亮度(角范围上的光通量密度)。亮度与弧隙的尺寸有关并确定耦合效率的理论限制。对于弧光灯的具体情况，等高线近似轴对称并且是电额定值、电极设计和组成、气压、弧隙尺寸和气体组成的复合函数。对于具有非球面弯曲的封套的弧光灯的具体情况，由反射镜映像的光源的有效相关位置和强度分布出现异常。这是由主要起着透镜功能并且要求补偿光学组件的封套的形状引起的。光学补偿可以通过修改反射镜的设计来补偿封套引起的散光或通过在光源和目标之间插入校正光来实现。另外，光学涂层可以应用到封套上使费涅耳反射最小化并从而使目标处可收集的辐射最大化，或者控制和/或滤除辐射通量。

2.第一椭球反射镜

第一椭球反射镜20最好包括具有光轴22以及焦点24和26的回转椭球部分。第一椭球反射镜20最好有反射涂层28(例如铝或银)和表面是高度抛光的。对于某些应用，第一椭球反射镜20可以用以波长选择的多层不导电涂层涂覆的玻璃制成。例如，在可见光应用中，涂层28可以是用只在可见波长具有高反射率的冷涂层。将光源10放在第一椭球反射镜的第一焦点24上，将与反射镜20接触的电磁辐射作为会聚到反射镜20的第二焦点26的能量束反射。当光源20为弧光灯时，该弧隙最好比第一椭球反射镜20的焦长小。

3.第二椭球反射镜

第二椭球反射镜30最好包括具有光轴32以及焦点34和36的回转椭球部分。第二反射镜30也可有涂层38，如上所述的选择地反射光能。第二椭球反射镜30可以与第一反射镜20不同，但与第一椭球反射镜20最好是基本相同尺寸和形状。

放置和定向第二椭球反射镜30，以便第一椭球反射镜20反射的电磁辐射会聚在第二椭球反射镜30的第二焦点36。辐射继续直到照射到第二椭球反射镜30的表面，然后向着第二椭球反射镜30的第一焦点34聚焦。为了实现第一椭球反射镜20和第二椭球反射镜30之间的单位放大(即，聚焦图像与光源的尺寸基本相同)，重要的是由第一椭球反射镜20的表面部分反射和聚焦的每条电磁辐射的射线都由第二椭球反射镜30的相应的表面部分反射和聚焦，以便实现以最大可能的亮度在第一焦点34聚焦。在本说明书的上下文中，第一椭球反射镜20和第二椭球反射镜30相互定向并定位以便由第一椭球反射镜20表面部分照准的每条电磁辐射的射线由第二椭球反射镜30的相应表面部分聚焦称为相互“光学对称”定位反射镜。

4.目标

目标50是要求以可能最高的强度照射的小物体。在最佳实施例中，目标50是波导，诸如单芯光纤、熔接光纤束、光纤束，如图6所示的。目标的输入端(例如光纤的近端)放置在第二椭球反射镜30的第一焦点34，以接收第二椭球反射镜30反射的电磁辐射的聚焦射线。

当本发明的光学收集和会聚系统应用来照射或投影图像时，需在目标均化输出强度轮廓，以便输出更均匀。例如，对于诸如内窥镜在医疗过程期间的照明，希望具有均匀的照明以便医生可以相等的清晰度观察照射的中心和周边区域。在使用光纤照射的情况下，均匀强度允许将更高的功率耦合到特定的光纤构成中而不被热点损坏。在投影的情况下，需以均匀的强度在屏幕上产生均匀强度的轮廓。具体地说，希望所显示图像的中心和周边具有相等亮度水平的视觉美感。

因此，目标可以是均化器，如图5所示的，它调节输出强度轮廓。波导截面可以是如图7A-7F所示的多角形(正方形、矩形、三角形等)或截面如图7G-7H所示的是圆的(圆或椭圆等)。

取决于数值孔径和尺寸的输出要求，均化器可以是从小到大或从大到小的锥形。因此，目标50可以是如图7I所示的增大锥形波导，或如图7J所示的减小锥形波导。以这种方法，均化器允许照明输出形状的改变。例如在图像源60放置在目标50的输出流中经聚光透镜80和投影透镜90产生投影图像70的投影显示中，根据显示的格式，均化器理想的输出回是具有宽高比为4∶3或16∶9的矩形，或其它比例。无论如何，两个方向中的照明辐射的角度应近似，以便圆形投影透镜90可以有效地与光学系统一起使用。

根据本发明更广的方面，虽然目标和光源是与本发明的收集和会聚系统密切相关的，但是本发明涉及使用尺寸和形状基本相同的两个反射镜，以便共享一个焦点(即，第一椭球反射镜20的第二焦点26和第二椭球反射镜30的第二焦点36位于基本相同的位置)。

继续描述收集和会聚系统，在图5-6所示的配置中，第一椭球反射镜20和第二椭球反射镜30以彼此相反的面对关系放置，以便彼此朝向凹进。在图5-6的配置中通过安排第一椭球反射镜20和第二椭球反射镜30来实现光学对称，以便它们各自的光轴22和32共线，以便第一椭球反射镜20的反射表面与第二椭球反射镜30的相应反射表面是相反的面对关系，实现单位放大。

图5-6中，考虑到光源10产生的电磁辐射的不同可能的路径，画出3条射线a，b和c来说明反射镜的功能。图5-6中，射线a，b和c是与图4中基本相同的位置，以便说明本光学系统减小异常的效果。从光源10发出的每条射线a，b和c在不同的点照射第一椭球反射镜20，每个点与光源10距离不同。但是每条射线a，b和c也从第二椭球反射镜30的相应位置聚焦到目标50上，因此，3条射线产生1∶1放大率。

如前所述，射线a到光源10和第一椭球反射镜20的距离近，因此与射线b和c相比产生较大发散。利用本发明的光学系统，来自光源的辐射从第一反射镜20的第一焦点24聚焦到第二焦点26。结果，该辐射从源10传播的距离比使用抛物面反射镜的图4系统中的相应距离相对大，即使是诸如射线a以高角度发出的辐射。因为这时射线a，b和c的距离相对更均匀，所以较大的距离减小了异常量。

为了进一步减小异常，图6显示了本发明的另一实施例，其中第一和第二椭球反射镜20’和30’具有更大的偏心距(即，第一和第二椭球反射镜更圆)。由于本实施例中第一和第二椭球反射镜20’和30’更弯曲，第一椭球反射镜20’的第一焦点24’和第二椭球反射镜30’的第一焦点34’之间的距离减小了。同时，椭球反射镜20’和30’的更大的弯曲增加了第一椭球反射镜20’和其沿射线a的第一焦点24’之间的距离。类似地，第二椭球反射镜30’和其沿射线a的第一焦点34’之间的相应距离增大了。结果，对于图6中射线a，b和c，辐射源10’和第一反射镜20’之间的传播距离(以及光源10’和目标50’之间的总距离)与图5的实施例相比相对更均匀。这个特点允许该系统在光源和目标之间产生较小的异常，即使用在光轴22’附近传播的电磁能量，诸如类似于射线a的能量传播路径。

通过比较图5和6中相同射线c的路径，可看到图6的实施例使用覆盖椭球更大部分的反射镜20’和30’，以便从光源10收集相同角的输出辐射。然而，可以看到，图6中的反射镜20’和30’与图5中的反射镜20’和30’直径几乎相同。

如图5和6所示的，本发明的收集和会聚系统可以包括使用反向反射镜40，在说明的实施例中，它是球面反向反射镜。放置反向反射镜40以捕获由光源10发出的电磁辐射，否则它不会照射在第一椭球反射镜20。更具体地说，构成和安排球面反向反射镜40使在从离开第一椭球反射镜20的方向由光源10发出的射线由反向反射镜40通过第一椭球反射镜20的第一焦点24反射回去，然后朝向第一椭球反射镜20。由第一椭球反射镜20反射的这一附加辐射被加到直接从光源10照射第一椭球反射镜20的辐射中，从而增加了朝向第二椭球反射镜30反射的辐射强度。结果，在第二椭球反射镜30的第一焦点34的辐射强度也增大了。

如果白炽灯用作光源10，不能定向反向反射镜，所以将辐射通过第一椭球反射镜20的第一焦点24聚焦回去，因为反向反射的辐射会被位于第一焦点24的不透明灯丝阻挡。这种情况下，应调节反向反射镜40的位置，以便反向反射的辐射经过第一焦点24附近而不精确地通过它。

应当理解，已经知道了几种不同的反向反射镜40并且可应用在本发明中。例如，作为对球形反向反射镜40的替换，反向反射功能可由具有与光源10的弧尺寸相同数量级或较小的单位组件的二维直角立方体阵列(corner cubearray)(未示出)来执行。应用二维直角立方体阵列不需要精确地定位反向反射镜并且在光源10的弧上产生更紧密的聚焦(tighter focus)。

还应当理解，虽然上述实施例描述了具有椭球形的第一和第二反射镜的结构，已经知道和本发明先提出的，第一和第二反射镜20和30可以近似使用与理想几何椭球形稍微不同的形状。例如，第一和第二反射镜20和30可以有变化的椭球形状以补偿不同的参数，诸如球形封套等。这种情况下，一般椭球反射镜20和30的形状偏差可能是小的，而最终输出可能与最佳时略不同。也可以引入反射镜形状的偏差来减小反射镜20和30的成本，或提高特定灯的类型和弧形的性能。例如，已经知道和本发明先提出的，椭球反射镜20和30可以是近似于复曲面反射镜(有两个垂直且半径不等的曲率)或球形反射镜，它可以相对较低的成本制造。如果使用非椭球反射镜，输出偶合可能不是最佳，但第一和第二反射镜20和30减少的费用可以足以证明通过不充分耦合的损失是正当的。

现在提供本发明的几个实例。这些实例意图说明本发明的一些可能的实现方式但不是要限制本发明的范围。

实例

按照本发明的第一对示例的光学系统使用低瓦数灯(100瓦数量级)作为光源。在按照图5的实施例的反射系统中，第一和第二反射镜的直径都为2.5英寸，光源和目标之间的间隔(即焦点间距)大约5英寸。相反，按照图6所示的实施例的更大偏心距的低瓦数反射系统使用类似尺寸的第一和第二反射镜，其直径均约2.5英寸，但光源和目标之间的距离约2英寸。

在较高瓦数的应用中，光学系统相对较大，提供较高电磁能量级的可希望的收集并适应可能更大的灯。例如，当使用高瓦数的灯时，用图5结构的5000瓦数量级，每个主反射镜直径为20英寸，光源和目标之间的间距约为40英寸。如上所述，图6的实施例使用类似尺寸的主反射镜，但导致光源和目标之间距离减小。例如，按照图6实施例的示例的高瓦数光学系统也使用直径约20英寸的第一和第二反射镜，但光源和目标之间的距离为16英寸。

结论

本发明已经描述了，很明显，本领域的技术人员可以许多方法进行变化而不脱离本发明的精神和范围。任何这样的修改都包括在权利要求书的范围内。

Claims (30)

1.一种光学装置，包括：

电磁辐射源；

要用由所述电磁辐射源发出的至少部分电磁辐射照射的目标；

第一反射镜，具有光轴和在所述光轴上的第一和第二焦点，所述电磁辐射源放置在所述第一反射镜的所述第一焦点附近以产生从所述第一反射镜反射并且会聚在所述第二焦点的辐射的射线；和

第二反射镜，具有光轴和在所述第二反射镜的所述光轴上的第一和第二焦点，所述目标位于所述第二反射镜的所述第一焦点附近，以接收通过所述第二反射镜的所述第二焦点并由所述第二反射镜反射而会聚在所述第二反射镜的所述第一焦点的辐射的射线，相对于所述第一反射镜放置和定向所述第二反射镜，以便所述第一反射镜的所述第二焦点和所述第二反射镜的所述第二焦点接近定位，并且所述第一反射镜的所述光轴和所述第二反射镜的所述光轴是共线的；

其特征在于，第一反射镜和第二反射镜是大约相同的尺寸和形状，并且具有彼此相应的尺寸和光朝向，以便由所述第一反射镜的表面部分反射的每条辐射的射线都由所述第二反射镜的相应表面部分朝向所述目标反射，以便在电磁辐射源和目标之间实现单位放大。

2.根据权利要求1的光学装置，其中所述第一反射镜具有只反射电磁辐射光谱的预定部分的涂层。

3.根据权利要求2的光学装置，其中所述涂层只反射可见光辐射、预定频带的辐射或特殊颜色的辐射。

4.根据权利要求1的光学装置，其中所述第一和所述第二反射镜都包括至少一部分回转的椭球。

5.根据权利要求4的光学装置，其中所述第一和所述第二反射镜还包括非椭球段。

6.根据权利要求1的光学装置，其中所述第一和所述第二反射镜各个包括至少一部分回转的复曲面。

7.根据权利要求1的光学装置，其中所述第一和所述第二反射镜各个包括至少一部分回转的球体。

8.根据权利要求1的光学装置，其中由所述电磁辐射源发出的电磁辐射的一部分直接照射在所述第一反射镜上，而一部分电磁辐射不直接照射在所述第一反射镜，和其中所述装置还包括附加反射镜，构成和安排用来将不直接照射在所述第一反射镜反射的至少部分电磁辐射部分朝向所述第一反射镜反射，经过所述第一反射镜的第一焦点，以增大会聚射线的光通量强度。

9.根据权利要求8的光学装置，其中所述附加反射镜包括设在对着所述第一反射镜的所述电磁辐射源一侧的球形反向反射镜，以将从所述电磁辐射源发出的电磁辐射在离开所述第一反射镜的方向朝着所述第一反射镜反射经过所述第一反射镜的第一焦点。

10.根据权利要求1的光学装置，其中所述第一和第二反射镜的所述光轴相互重合，其中所述第一和第二反射镜彼此相反面对关系布置。

11.根据权利要求1的光学装置，其中所述电磁辐射源包括发光弧光灯。

12.根据权利要求11的光学装置，其中所述弧光灯包括从氙灯、金属卤化物灯、HID灯或汞灯组成的组中选出的灯。

13.根据权利要求1的光学装置，其中所述电磁辐射源包括白炽灯。

14.根据权利要求1的光学装置，其中所述目标包括从包括单芯光纤、光纤束、熔合光纤束、多角杆、中空反射光管或均化器的组中选择的波导。

15.根据权利要求14的光学装置，其中所述波导是从圆形截面波导、多角形截面波导、锥形波导和它们的组合组成的组中选出的。

16.根据权利要求15的光学装置，其中所述波导是矩形的以产生具有宽高比为4∶3或16∶9的辐射输出。

17.根据权利要求1的光学装置，还包括在所述目标收集和会聚的辐射照射的图像源，其中所述图像源包含存储的图像，所述存储图像由辐射投影。

18.根据权利要求1的光学装置，还包括光纤，该光纤由在所述目标收集和会聚的辐射照射，该光纤释放收集和会聚的辐射以在希望的位置提供照射。

19.根据权利要求1的光学装置，其中第一和第二反射镜各个具有比电磁辐射源和目标之间的距离大的直径。

20.一种光学装置，用于收集由电磁辐射源发出的电磁辐射和将收集的辐射聚焦到目标上，所述装置包括：

第一反射镜，包括至少一部分的回转的凹曲线，所述第一反射镜具有光轴和所述光轴上的至少两个焦点，当电磁辐射源位于所述第一反射镜的第一焦点时，所述第一反射镜产生从所述第一反射镜反射在所述第一反射镜的第二焦点会聚的辐射的射线，和

第二反射镜，包括至少一部分的回转的凹曲线，所述第二反射镜具有光轴和所述光轴上的至少两个焦点，相对于所述第一反射镜放置和定向所述第二反射镜，以便第一反射镜的光轴和第二反射镜的光轴是共线的，相对于所述第一反射镜放置和定向所述第二反射镜，使得第一反射镜的第二焦点和第二反射镜的第二焦点接近放置，从所述第一反射镜反射的会聚辐射射线通过第一反射镜的第二焦点，而由所述第二反射镜重新引导朝向靠近所述第二反射镜的第二焦点放置的目标；

其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜具有相同的尺寸和形状，并且彼此光学对称地定向，以便由所述第一反射镜的表面部分反射的每条辐射射线由所述第二反射镜的相应表面部分朝向所述目标反射，以在电磁辐射源和目标之间实现单位放大。

21.根据权利要求20的光学装置，还包括附加反射镜，构成和安排用来将不直接照射在所述第一反射镜的由电磁辐射源发出的至少部分的电磁辐射部分朝向所述第一反射镜反射，经过所述第一反射镜的第一焦点以增加会聚射线的光通量强度。

22.根据权利要求21的光学装置，其中所述附加反射镜包括放置在对着所述第一反射镜的电磁辐射源侧的球形反向反射镜，以将从该电磁辐射源发出的电磁辐射在离开所述第一反射镜的方向朝向所述第一反射镜反射，经过所述第一反射镜的第一焦点。

23.根据权利要求20的光学装置，其中所述第一和第二反射镜的所述光轴相互重合，其中所述第一和第二反射镜彼此相反面对关系安排。

24.根据权利要求20的光学装置，其中所述第一和所述第二反射镜各个包括至少一部分回转的椭球。

25.根据权利要求24的光学装置，其中所述第一和第二反射镜各个还包括非椭球段。

26.根据权利要求20的光学装置，其中所述第一和所述第二反射镜各个包括至少一部分回转的复曲面。

27.根据权利要求20的光学装置，其中所述第一和所述第二反射镜均包括至少一部分回转的球体。

28.根据权利要求20的光学装置，其中第一和第二反射镜均具有比电磁辐射源和目标之间的距离大的直径。

29.一种用于收集由电磁辐射源发出的电磁辐射和将收集的辐射聚焦到目标上的方法，所述方法包括步骤：

将所述电磁辐射源放置在第一椭球反射镜的第一焦点，以便所述第一反射镜产生从所述第一反射镜反射的、会聚在所述第一反射镜的第二焦点的辐射射线；

放置第二椭球反射镜，以便第二椭球反射镜的第一焦点接近第一反射镜的第二焦点，从而从所述第一反射镜反射的会聚辐射射线通过第一反射镜的第一焦点，并由所述第二反射镜重朝向所述第二反射镜的第二焦点反射；

将目标放置到所述第二反射镜的第二焦点附近；和

其特征在于，所述第一反射镜和所述第二反射镜具有相同的尺寸和形状，并且彼此光学对称地定向，以便由所述第一反射镜的表面部分反射的每条辐射射线由所述第二反射镜的相应表面部分朝向所述目标反射，以在电磁辐射源和目标之间实现单位放大。

30.根据权利要求29的方法，还包括定向第一反射镜和第二反射镜的步骤，以便第一反射镜的光轴和第二反射镜的光轴重合。

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