了进入光线的分布不是必需被保持，即使在光线排序时。在该图中，该 图提供了绕着光轴对称设置且包括一个实心元件的完整的反射锥面镜系统的一个示例，其 中，主光线位置被保持，但光线不是均匀地分布在被聚焦的光线内，尽管入射光线空间上均 匀地分布。对于这些抛物线/椭圆形环焦形式，该分布的集聚遵循入射主光线。因此，如果入 射主光线作为主光线输出，则在法线入射周围具有光线集聚。如果入射主光线作为边缘光 线输出，则光线将向着较大的入射角度集中。
[0087]图22示出了一种光学系统，其中，数值孔径的中心部分的光线沿循一个路径通过 系统，而来自外数值孔径的光线沿循不同的路径，且使用一些数目的不同的光学系统。所有 光线从表面10B和10C反射。中心光线路径由首先从20D反射离开、然后从20B反射离开的那 些光线限定。外光线路径由从表面20C反射离开、然后绕过表面20D的那些光线限定。因此， 该图用于说明这些系统形式的大的灵活性，且表明了，可在单个成对的反射锥面镜光学系 统内存在多个光路。
[0088]如前面已讨论的，除了有意地使理论上100%无遮拦地设计反射锥面镜系统以外， 还可直接留意地将非零量的遮拦设计到一个系统中，而仍保持100%的理论传输通过量。它 可被看作会聚的输出光束中的中心遮蔽。这种特征从光学性能观点看可能是有利的，但不 具有对现有技术的遮拦的全反射或反射折射系统来说常见的典型的传输损失。如果期望中 心遮蔽，本发明的反射锥面镜系统可以可选地通过仅使用第一反射锥面镜入射部分10简 化。这示于图29A和29B中，该图示出了两件式空心反射锥面镜系统和单件式实心反射锥面 镜系统。均提供了理论上100%的传输，但在会聚的输出光束中仍具有中心遮蔽。在这些单 个第一反射锥面镜的情况下，具有最小直径的中心遮蔽，所述最小直径的中心遮蔽不能被 减小，这与定中的全反射或反射折射的现有技术设计的固有的最小中心遮拦类似。
[0089]示出的多个实施例可以给定的标称设计(nominal design)的窄公差容许或宽公 差容许的形式制作。对于窄公差容许的形式，选择的制作方法直接是SPDT光学。对于空心反 射锥面镜系统，选择的材料可以是任何可用金刚石切削的金属(铝、铜、镍），但优选地，涂覆 镍的材料提供最光滑的表面终层。使用多种机械、化学或电解抛光方法的后抛光技术可被 采用，以进一步将用金刚石切削的表面光滑到埃级表面粗糙度。金属可被涂覆有保护性涂 层或增强的镜面薄膜层积物，或它可未被涂层且仍提供高的反射率。对于需要光线传输的 实心反射锥面镜系统，光学聚合物的SPDT是最好的选择。氟化钙晶体材料也已经直接被用 金刚石切削，且提供对200nm以下的波长的UV传输。丙烯酸树脂通过金刚石切削提供最好的 表面终层，但其他塑性材料也是合适的。也可获得可传输300nm的波长的UV的丙烯酸树脂。
[0090] 对于宽公差容许形式的标称反射锥面镜系统，注射成型可被采用用于实心和空心 反射锥面镜形式。模制成型过程和模腔设计将支配可实现的反射锥面镜设计。模具嵌入件 由SPDT制造。由于模制部件的表面不规则性不能与直接的SPDT表面一样精确，因此，模制的 反射锥面镜系统在高体积的宽公差应用中是有用的。这可包括用于光源、例如发光二极管 (LED)的采集透镜和其他非成像应用。
[0091] 最后，已经试图充分描述本发明的一些可能性，但必须记住，多种其他变化也是可 以的。因此，应当理解，在此描述的本发明的实施例仅是对本发明的原理的应用的说明。而 且，上面公开的和其他特征和功能中的许多或它们的替代性实施方式可期望地组合到其他 许多不同的系统或应用中。此外，也由权利要求限定的各种目前未预见或预料到的替代性 实施方式、修改、变化或改进可由本领域的技术人员做出。因此，对说明的实施例的细节的 描述并不是用于限制权利要求的范围，权利要求本身记载了对于本发明重要的那些特征。
【主权项】
1. 一种反射锥面镜系统，包括： 第一反射锥面镜，所述第一反射锥面镜包括第一反射锥面镜中心反射表面和第一反射 锥面镜远端反射表面，所述第一反射锥面镜中心反射表面为大致锥形，所述第一反射锥面 镜远端反射表面为大致截头锥形； 其中，具有经由在所述第一反射锥面镜中心反射表面与所述第一反射锥面镜远端反射 表面之间反射的光路，使得光束可与所述第一反射锥面镜中心反射表面邻近地并入射到所 述第一反射锥面镜中心反射表面上地进入所述反射锥面镜系统，经由从所述反射表面的反 射行进通过所述反射锥面镜系统，且从所述反射锥面镜系统输出；以及 具有以下中的至少一个特征： 所述第一反射锥面镜中心反射表面和所述第一反射锥面镜远端反射表面是光线传输 固体的表面，使得在所述中心表面和远端表面之间反射的光线发生于所述固体中； 所述反射表面中的至少一个被弯曲，以实现一种光学效果， 其中： 已被弯曲以实现一种光学效果的任何反射表面的形状和局部倾角被选择成使分离光 轴在输出侧被再组合，以产生基本无遮拦的光学系统，该光学系统在其极限情况下基本无 传输损失;或 已被弯曲以实现一种光学效果的任何反射表面的形状和局部倾角由于光学性能原因 被选择成使通光孔径的特定百分比可在中心处被遮拦;或 已被弯曲以实现一种光学效果的任何反射表面的形状和局部倾角在出于或不出于光 学性能原因的情况下被选择成使任意的中心遮拦被允许;和 包括所述第一反射锥面镜中心反射表面和所述第一反射锥面镜远端反射表面的任何 所述光线传输固体包括邻近所述第一反射锥面镜中心反射表面的输入表面，在所述输入表 面处，入射光线进入所述第一反射锥面镜;和 任何所述输入表面包括弯曲表面。2. 如权利要求1所述的反射锥面镜系统，其特征在于，所述输出表面被弯曲，以消除输 出光线在输出表面处的折射。3. 如权利要求2所述的反射锥面镜系统，其特征在于，所述第一反射锥面镜中心反射表 面和所述第一反射锥面镜远端反射表面相对于光轴对称地设置。4. 如权利要求1所述的反射锥面镜系统，其特征在于，所述光线传输固体的反射表面的 至少一部分邻近空腔，且所述反射表面的形成所述光线传输固体与所述空腔之间的分界面 的所述部分处的全内反射占所述部分的反射率的至少一部分。5. 如权利要求4所述的反射锥面镜系统，其特征在于，用于所述反射锥面镜系统的壳体 包括邻近远端反射表面的一部分的空腔，且所述远端反射表面的形成所述光线传输固体与 所述空腔之间的分界面的所述部分处的全内反射占所述部分的反射率的至少一部分。6. 如权利要求4所述的反射锥面镜系统，其特征在于，所述反射表面中的一个的至少一 部分在入射光线非全内反射的区域处被涂覆反射涂层。7. -种用于构造反射锥面镜系统的方法，包括： 提供第一反射锥面镜，所述第一反射锥面镜包括第一反射锥面镜中心反射表面和第一 反射锥面镜远端反射表面，所述第一反射锥面镜中心反射表面为大致锥形，且对称地限定 出第一反射锥面镜光轴，所述第一反射锥面镜远端反射表面为大致截头锥形，且绕着所述 第一反射锥面镜光轴对称地设置； 以间隔开的关系布置所述第一反射锥面镜，且使它们的光轴对齐，使得具有经由在所 述第一反射锥面镜中心反射表面与所述第一反射锥面镜远端反射表面之间反射的光路，光 束经由从所述反射表面的反射行进通过所述反射锥面镜系统，且从所述反射锥面镜系统输 出； 所述反射表面中的至少一个被进一步弯曲，以实现一种光学效果；以及 其中，具有以下中的至少一个特征： 所述弯曲表面的形状和局部倾角由于光学性能原因被选择成使通光孔径的特定百分 比可在中心处被遮拦；以及 所述弯曲表面的形状和局部倾角在出于或不出于光学性能原因的情况下被选择成使 任意的中心遮拦被允许。
【专利摘要】提供了一种反射锥面镜系统，其包括两个或更多个反射锥面镜，所述反射锥面镜中的任一个、没有任何一个或两个可由实心光学传输材料形成，且该反射锥面镜系统被描述用作和被实施为物镜、中继器和光束扩展器。每个反射锥面镜具有大致锥形的中心表面和类似于截头锥形状的远端表面，所述表面中的两者对齐且绕着中心轴线对称地设置。在所提供的系统中，所述中心轴线对齐且形成系统的光轴，而且另外的弯曲可被提供给任何所述表面和入射和输出系统表面，以提供不同的应用所需的附加的光学效果。而且，形成中心反射器的锥形表面可分别或均是凸形或凹形的，这易于构造，从而减轻对作为优选实施例的双凹形中心反射器的有利性的依赖。
【IPC分类】G02B17/08, G02B21/04, G02B5/00
【公开号】CN105589185
【申请号】CN201510623135
【发明人】F·德威特, G·纳多夫
【申请人】Cvi梅勒斯格里奥特有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2010年6月4日
【公告号】CN102667572A, CN102667572B, US8238042, US20100309566, WO2010141092A2, WO2010141092A3