JP4323096B2 - 光学的スペクトル領域の電磁放射線または放射線束の偏向装置 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、光学的スペクトル領域の電磁放射線または放射線束、特に、レーザ光束の偏向装置であって、屈折または反射によって入射する放射線または放射線束を偏向させることができる少なくとも1つの光学的機能性境界面を有する少なくとも1つの偏向素子を含む形式のものに関する。
【0002】
(背景技術)
公知の偏向装置では、例えば、回転自在の多面ミラーを使用している。また、円筒レンズ・マトリックスを放射線偏向に利用することもできる。しかし、この種のマトリックスによって、1つの放射線を相互に直交する2つの方向へ偏向する場合、1つの偏向方向について、2つの円筒レンズ・マトリックスが必要である。従って、相互に無関係の2つの方向の偏向のためには、合計4つの円筒レンズ・マトリックスが必要となる。
【0003】
先行技術における上述の双方の偏向装置は、構造が複雑であり、比較的高い製造費を必要とする。
【0004】
(発明の開示)
本発明の課題は、より簡単で、より妥当なコストで構成された、冒頭に記載の種類の偏向装置を創成することにある。
【0005】
この課題は、本発明にもとづき、請求項1および27の特徴部分に記載の特徴によって解決される。
【0006】
本発明によると、本質的に光学的機能性境界面内にある第1方向に沿って、本質的に光学的機能性境界面内にあり、第1方向とほぼ直角の方向に関する光学的機能性境界面の局部的傾斜が、少なくとも部分的に定常的に変化するよう、光学的機能性境界面は湾曲されている。1つの方向の光学的機能性境界面の傾斜を、上記方向と直角の方向へ定常的に変化させることにより、本発明に係るこのような光学的機能性境界面によると、多額の経費を要することなく、偏向装置を構成できる。所定方向に沿う光学的機能性境界面上の放射線の入射点に応じて、放射線は、上記方向と直角の方向へ、小さい角度または大はい角度で偏向される。
【0007】
本発明の他の実施例によると、少なくとも1つの偏向素子は、ほぼ直方体状の形状を有し、相互に対向する2つの面を、光学的機能性境界面として構成してある。光学的機能性境界面は、好ましくは円筒体軸線を直角に配列させた凹凸円筒レンズから、45°の角度を有するねじれ面である。
【0008】
このような面の場合、局部的傾斜は、第1方向に沿って、第1方向と本質的に直角の方向に関して、少なくとも部分的に定常的に変化する。ねじれ円筒面が対象であるため、相互に対向し、相互に直交する2つのねじれ面を使用するのが好ましい。このようにすると、結像エラーが補償されるからである。
【0009】
この場合、摺動手段または回転手段として構成された位置決め手段を、偏向素子に設ければ有利である。摺動手段としては、例えば、偏向素子を1つの方向、または相互に直交する2つの方向へ摺動できるピエゾ素子が対象となる。また、光学的機能性境界面と本質的に直交する軸線のまわりに、偏向素子を少なくとも部分的に回転できる回転手段を使用できる。更に、入射放射線を偏向できる方向を自由に選択できるよう、摺動手段および回転手段を相互に組合せることもできる。
【0010】
本発明の好ましい実施例によると、光学的機能性境界面は、ねじれた、好ましくはプロペラ類似の面である。この場合、偏向素子は、ほぼ直方体の形状を有するものとすることができ、この場合、光学的機能性境界面と対向する面は、平面である。
【0011】
好ましくはプロペラ類似の面の場合、光学的機能性境界面のほぼ中心にある点のまわりの極微小の面は、偏向素子の対向する平面な境界面に対して平行に配列されている。ほぼ直角に配列された2つの直線が、光学的機能性境界面内のほぼ中心の点を通り、光学的機能性境界面の局部的傾斜が、各直線の方向へ、上記直線に沿って変化せず、他方、光学的機能性境界面の局部的傾斜が、各直線と直角の方向へ、各直線に沿って定常的に変化すれば有利である。かくして、所定の方向へ偏向素子を摺動することによって、偏向すべき放射線は、上記方向に直交する方向へ何れにせよ大きい角度で偏向されるが、偏向素子の摺動方向へは偏向されることはない。即ち、相互に直交する2つの方向へ偏向素子を摺動できる2つの摺動手段は、相互に無関係な方向への放射線の偏向を保証する。
【0012】
更に、本発明に係るこの種の偏向素子の回転によって、偏向されたレーザ光束の回転する焦点が形成され、この焦点は、レーザ光束溶接の場合に、特に有利に使用できる。
【0013】
本発明の好ましい実施例によると、偏向装置は、1つのアレイに統合された1群の偏向素子を有し、各偏向素子は、同一の配向状態で、相互に平行に並置される。このような配置により、相互に平行な複数の放射線または放射線束を、同時に偏向できる。
【0014】
本発明の好ましい実施例によると、偏向装置は、少なくとも1つの偏向ユニットを含み、この場合、上記偏向ユニットまたはその各々は、2つの偏向素子を有する。この場合、偏向ユニット、またはその各々の偏向素子の光学的機能性境界面は、少なくとも部分的に面一面上に並置できるよう対応されている。また、例えば、すべての偏向素子を、同一に形成できる。
【0015】
偏向ユニットまたはその各々に、偏向素子の光学的機能性境界面が、偏向させるべき放射線または放射線束の方向へ本質的に対向するよう、偏向素子を配置すれば有利である。この場合、光学的機能性境界面に本質的に、平行に配列された双方の偏向素子を、相互に直交する2つの方向へ、相対的に摺動させることができる。このような配置によると、偏向素子が相対的に摺動しないで、相互に直接に対向する場合に、伸張された放射線束も、双方の偏向素子から形成された偏向ユニットを、偏向されることなく平行に通過する。
【0016】
横断面積の極めて大きい放射線束も、この種の偏向ユニットの通過時、その分散度の拡大を受けることはない。偏向素子の相対的摺動によって、始めて、例えば、摺動方向と直交する方向の偏向が実現され、この場合も、放射線分散度は増大されない。
【0017】
偏向素子は、例えば、上記のプロペラ類似の面を有することができる。しかし、偏向素子は、凸放物面および凹放物面に形成され、相互に向き合う光学的機能性境界面を有することができる。
【0018】
更に、上記偏向ユニットに、偏向素子の代わりに、偏向素子アレイを使用できる。
【0019】
これにより、横断面積が更に大きい放射線または放射線束を偏向させることができる。
【0020】
更に、偏向装置は、それぞれ2つの偏向素子を有する2つの偏向ユニットを含むことができる。この場合、上記偏向ユニットは、偏向させるべき放射線または放射線束の光路に順次に配置できる。この場合、第1偏向ユニットにおいて、第1方向へ偏向を行い、第2偏向ユニットにおいて、第1方向と直交する第2方向へ偏向を行う。かくして、相互に無関係な2つの方向の放射線の偏向を、空間的に相互に分離できる。
【0021】
本発明の好ましい実施例によると、偏向素子は、偏向すべき放射線または放射線束の使用波長を、少なくとも部分的に透過する材料(例えば、石英またはガラス)から作製される。
【0022】
別の方策として、光学的機能性境界面に、偏向すべき放射線または放射線束の使用波長を、少なくとも部分的に反射する鏡面を設けることができる。境界面に、好ましくは、適切な材料(例えば、金)を蒸着して、放射線偏向のための反射に利用できる。
【0023】
本発明に係る別の解決法によると、偏向装置は、2つの偏向素子からなる偏向ユニットを含み、第1偏向素子は、双凸円筒レンズとして構成され、第2偏向素子は、平凸円筒レンズとして構成され、第2円筒レンズの平面の光学的機能性境界面は、第1円筒レンズの凸の光学的機能性境界面に本質的に対向し、円筒レンズの円筒体軸線は、相互に僅かに傾斜している。
【0024】
双方の円筒レンズからなる偏向ユニットを、例えば、入射放射線と直角の方向へ摺動させることによって、放射線または放射線束を、上方または下方へ偏向できる。3つの円筒面を、光学的機能性境界面として使用することによって、結像エラーを修正できる。
【0025】
(発明を実施するための最良の形態)
本発明の更なる利点および特徴は、添付の図面を参照した好ましい実施例の以下の説明から明らかとなると思う。
【0026】
図1は、光学的機能性境界面として使用できるねじれ面2(図1の上面)を有する本質的に直方体状の形状を有する本発明に係る偏向素子1を示す。理解し易いよう、各図面に、二次元または三次元座標系x,y,zを付してある。ねじれ面2のほぼ中心にある点3は、この点のまわりの極微小面が、面2と対向する面4と平行に配列されていることを特徴とする。点3と対向する面4上の点の方向zへ入射する光束(特に、レーザ光束)は、偏向素子1から点3を偏向されることなく通過する。
【0027】
面2内には、z値一定の直線5が、点3を通ってx方向へ延びる。上記直線5のまわりの極微小面は、直線5に沿って、y方向へ異なる傾斜を有するが、x方向には傾斜してない。また、面2内には、直線5と直交するz値一定の直線6が、点3を通ってy方向へ延びる。直線6のまわりの極微小面は、直線6に沿って、x方向へ定常的に変化する傾斜を有するが、y方向には傾斜してない。ねじれ面2の直線5,6外の他のすべての極微小面は、x方向へもy方向へも傾斜している。
【0028】
図1に示した如きねじれ面2は、例えば、直方体の上面を、図1で見てy方向へ延びる前縁において、逆時計方向へねじり、図1でy方向へ延びる後縁において、時計方向へねじることによって形成されている。前後の上縁と平行にy方向へほぼ上縁中心に延びる直線に沿う点は、ねじられてない。即ち、ねじれ面2は、ある程度、プロペラの上面に類似している。
【0029】
図1における前縁は、y値の増加とともに増加するz値を有するが、図1における後縁は、y値の増加とともに減少するz値を有する。ねじれ面2の図1における右縁は、x値の増加とともに増加するz値を有し、他方、図1における左縁は、x値の増加とともに減少するz値を有する。
【0030】
偏向素子1のねじれ面2と、この面と対向する平面である面4との間における4つの側面は、それぞれ、不等脚台形をなしている。この場合、面2,4の間に延びる側縁は、それぞれ、平行をなして、z方向へ延び、上記台形の相互に平行な辺を形成している。面4を囲む各縁は、それぞれ、各台形の相互に平行でない辺から、側縁に直角に突出している。
【0031】
本発明に係る偏向素子1の図示の実施例は、縦長に構成されており、そのx方向寸法は、y方向寸法よりも大きい。x方向およびy方向の寸法を、等しくすることもできる。
【0032】
図2は、基本的に相互に平行に並置された多数の偏向素子1から形成された偏向素子1のアレイ7を示す。
【0033】
図3は、選択した光束8a−8i(特に、レーザ光束)を示す。光束8a〜8iは、偏向素子1のねじれ面2に対向する平面4にz方向へ入射する。
【0034】
図3aは、光束8a〜8iの入射点を示す。上面図および側面図である図3b,3cを見れば明らかな如く、各光束8a〜8iは、ねじれ面2から放射されて、上方または下方へ、かつ左方または右方へ偏向される。
【0035】
図1を参照して説明した如く、直線5に沿って入射する光束8d,e,fは、ねじれ面2からの放射時、x方向へは、即ち、図3bの左方または右方へは偏向されない。更に、直線6に沿って入射する光束8b,e,hは、ねじれ面2からの放射時、y方向へは、即ち、図3cの左方または右方へは偏向されない。しかし、直線5,6外に入射する光束8a,c,g,iは、ねじれ面2からの放射時、x方向にもy方向にも偏向される。
【0036】
本発明に係る偏向装置は、例えば、上述の偏向素子1に、例えば、x方向およびy方向の走行を実現できる駆動装置を設けることによって作製できる。これは、例えば、市販のピエゾ変位装置によって達成できる。例えばx方向またはy方向へ摺動されない偏向素子において、点3と対向する点に入射する光束8eは、本発明に係る偏向素子1をy方向へ上方または下方へ走行させ、光束を、例えば、図3aに示した光束8a,8hの入射点に対応する面4上の箇所に入射させることによって、x方向へ偏向できる。
【0037】
偏向素子1をx方向へ走行させ、本来はほぼ中心に入射する光束を、例えば、図3aにおいて、光束8d,8fが入射する点に入射させることにより、入射光束をy方向へ偏向できる。
【0038】
この種の偏向装置は、横断面積が比較的小さい光束に特に適する。なぜならば、横断面積の比較的大きい光束は、ねじれ面2の明らかに相互に異なる範囲を通過し、この種の光は、面2の通過後に強く分散されるからである。
【0039】
図4において、すべての偏向素子1を、丸い矢印10で示すように、x方向へ延び点3を通る軸線11のまわりに回転させると、例えば、偏向素子1の面4と点3に対向する点の上方に入射する光束9aは偏向させられる。この場合、偏向された光束9bは、例えば、図4bおよび図4cに模式的に示した壁12に入射する。
【0040】
図4cから明らかな如く、壁に入射する光9bは、偏向素子1の回転に対応する円を描く。この円の中心は、模式的に示した偏向されずに入射する光9aによって形成される。
【0041】
更に、図3および図4に示した偏向装置を相互に組合せることができる。これにより、例えば、所定角度だけ偏向素子1を回転した後、例えばピエゾ素子によって偏向素子1を相互に直交する方向へ走行させることにより、もとの座標x,yに対して、偏向素子1の回転によって達成された角度だけ回転された方向x´,y´へ入射光束を偏向できる。即ち、偏向素子1の回転運動、および相互に直交する2つの方向の線形摺動の組合せによって、偏向素子1に入射する光束を任意に多様に偏向できる。
【0042】
図5〜図7は、横断面積のより大きい光も偏向できる本発明に係る偏向装置の実施例を示す。これらの図に示す偏向装置は、2つの偏向素子1からなる偏向ユニット13を有する。双方の偏向素子1は、ねじれ面2が相互に向き合うよう配置されており、ねじれ面2と対向する各面4は、相互に平行に配列されている。
【0043】
図5aに示した偏向ユニット13の出発位置において、双方の偏向素子1は、相互に並べて配列され、z方向へのみ相互に離隔されている。双方の偏向素子1に共通なねじれ面2に沿って、直方体を2つの部分に分割することにより、簡単化して、双方の偏向素子1を製造することも考えられる。次いで、双方の部分を、z方向へ相互に若干引離す。
【0044】
図5aに、双方の平面4に入射し偏向されずに、偏向ユニット13を通過する光束14a,b,cを示してある。偏向ユニット13からの各光14a,b,cの放射を模式的に示す図5bから明らかな如く、光14a,cは、図5bの右側の偏向素子1から、入射光束14a,cに対して、y方向へほぼ平行にずれて放射させられ、更に正確にz方向へ移動させられる。
【0045】
図6および図7から明らかな如く、偏向素子1をx方向へ相互に摺動することによって、入射光束15a,bおよび16a,bは、それぞれ、正のy方向および負のy方向へ偏向される。偏向ユニット13に平行に入射する光15a,bおよび16a,bは、偏向後も、相互に平行に進行する。この場合も、図3および図4の実施例にも示した如く、各偏向素子1は、ピエゾ素子などによって線形に相互に走行させることができる。
【0046】
また、図5〜図7に示す偏向素子1を、x方向へもy方向へも、相互に走行できるよう構成することができる。
【0047】
図8は、本発明に係る偏向ユニット17の他の実施例を示す。偏向ユニット17は、図8aの左側にx−y平面内に配置された平面である入射面19、および上記入射面にz方向へ対向する凸放物面状の面20を含む第1偏向素子18を有する。また偏向ユニット17は、第1偏向素子18に向く面22を凹放物面に構成した第2偏向素子21を有する。この面22にz方向へ対向する面23は、同じくx−y平面内にあり、平面とされている。
【0048】
図5〜図7の実施例の場合と同様、図8の実施例の場合も、相互に向き合う双方の放物面20,22は、あたかも立方体を上記面20,22に沿って分割した如く、対応する。この場合、分割後、双方の部分を、z方向へ相互に離隔する。
【0049】
第1偏向素子18の平面である入射面19の、ほぼ中心に入射する光は、図8aから明らかな如く、偏向ユニット17を偏向されずに通過する。
【0050】
図8bに示すように、第2偏向素子21が、第1偏向素子18に対して、例えば、x方向へ摺動された場合、光24は、同じく、x方向へ偏向させられる。この種の偏向ユニット17は、横断面積が比較的大きい光には適するが、大きい偏向には不適である。なぜならば、放物面20,22が比較的接近していることにもとづき、偏向素子18,21の相互摺動は、極めて短い距離にわたって可能であるに過ぎないからである。更に、偏向素子18,21が強く相互摺動された場合、放物面20,22にもとづき、偏向素子18,21の摺動とともに、線形に光24の偏向角度を増大することは不可能である。
【0051】
図9は、それぞれ2つの縦長の偏向素子1からなる2つの偏向ユニット13,25を含む本発明に係る他の偏向装置を示す。偏向ユニット13,25は、相互に直交して配列され、従って、第1偏向ユニット13の偏向素子1を、その縦方向へ相互に摺動させることによって、入射光26をy方向へ摺動でき、第2偏向ユニット25の偏向素子1を、その縦方向へ相互に摺動させることによって、入射光26をy方向へ摺動できる。
【0052】
図9cから明らかな如く、壁27に入射する光束26は、z方向の第1偏向素子1の点3によって模式的に示したもとの方向から、x方向へもy方向へも偏向される。
【0053】
図10は、偏向素子1の2つのアレイ7からなる偏向ユニット28を有する本発明に係る偏向装置の実施例を示す。双方のアレイ7をx方向へ相互に摺動させれば、第1アレイ7に入射する平行光束29a,b,cは、偏向ユニット28によって、y方向へ相互に平行に偏向させられる。
【0054】
x方向またはy方向へ相互に摺動できるこの種のアレイ7を使用することによって、横断面積の極めて大きい光も、問題なく任意に偏向できる。
【0055】
図12は、本発明に係る他の実施例を示す。本発明に係る偏向素子30は、例えば、円筒体軸線を直角に配列させた凹凸円筒レンズ31から切出すことができる。これは、図11から明らかであろう。
【0056】
即ち、偏向素子30は、円筒レンズ31の円筒体軸線に対して、45°の角度で配列された上部縦縁を有する。この偏向素子30は、そのジオメトリにもとづき、ねじれた光学的機能性境界面2を有する偏向素子1と光学的に極めて類似した特性を有する。偏向素子30の場合、偏向効果は、図12においてz方向と対向する面を、何れも光学的機能性境界面として使用できることによって増強される。更に、偏向素子30を統合して、偏向素子30のアレイを形成することもできる。
【0057】
図13および図14は、本発明に係る偏向ユニット40の他の実施例を示す。偏向ユニットは、2つの円筒レンズ32,33からなり、このうち1つは、光学的機能性境界面36,37を有する双凸円筒レンズ32として構成され、他の1つは、光学的機能性境界面38,39を有する平凸円筒レンズ33として構成されている。
【0058】
本発明に係る偏向機能は、円筒レンズ33が、ほぼx−z平面から傾斜され、かくして、図13において並置の光学的に活性の境界面37,38を形成する円筒レンズ32,33の上縁が、相互に、例えば、約5°〜10°の角度を有することによって達成される。
【0059】
図13および図14において、円筒レンズ33の図13,14で見て右側の光学的機能性境界面39に、右側から、即ち、z方向へ入射する平行光束34a,b,cを示してある。図から明らかな如く、結像された光束34a,b,cは、円筒面39を介して、対向する平坦な境界面38にフォーカシングされる。
【0060】
境界面38から出る光束は、光束34a,b,cの3つの焦点が、円筒面37の円筒体軸線に対して、双方の円筒レンズ32,33の間の角度に対応する角度だけ傾斜されるよう、円筒面37に入射する。
【0061】
円筒面36の焦点距離は、円筒面36と円筒面37との間の距離に対応するので、光束34a,b,cは、平行光束として、円筒面36から負のz方向へ出る。対向する円筒面37上の上記光束34a,b,cの焦点は、円筒体軸線に対して傾斜した直線上に配列されているので、面37の円筒体軸線を通らずに出る側方の光束34a,cは、正または負のy方向の光成分を有する。これは、図13および図14から明らかであろう。
【0062】
即ち、偏向ユニット40は、入射光束に対して、正または負のy方向へ全体として摺動させ、かくして、正または負のy方向へ入射光束34a,b,cを偏向するのに使用できる。更に、偏向ユニット40を、偏向ユニット40のアレイに統合することも可能である。
【0063】
上述の実施例にもとづき、光束が通過する各湾曲面2,20,22,36,7,39によって光束の偏向が行なわれる。しかし、対応する配置において、この種の面を反射に使用することもできる。
【0064】
本発明による上述の偏向装置によって、光学的スペクトル範囲の放射線または放射線束を偏向できる。この場合、屈折または反射によって、遠紫外から遠赤外までの波長を偏向できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る偏向素子の斜視図である。
【図2】 図1の偏向素子からなる本発明に係るアレイの斜視図である。
【図3】 aは、図1の本発明に係る偏向素子および入射光束を示す背面図、bは、図3aのIIIb矢視図、cは、図3aのIIIc矢視図である。
【図4】 aは、回転可能に構成された本発明に係る偏向素子の背面図、bは、図4aのIVb矢視図、cは図4aのIVc矢視図である。
【図5】 aは、本発明に係る2つの偏向素子からなる偏向ユニットの平面図、bは、
図5aの偏向素子を通過する3つの選択した光束の光路の略図である。
【図6】 aは、偏向素子が相互に摺動された状態の図5aの偏向ユニットの平面図、bは、図6aの装置を通過する3つの選択した光束の光路の略図である。
【図7】 aは、偏向素子が相互に摺動された状態の図5aの偏向ユニットの平面図、bは、図7aの装置を通過する選択した光束の光路の略図である。
【図8】 aは、本発明に係る偏向素子の他の実施例の平面図、bは、図8aのIIIVb矢視図である。
【図9】 aは、4つの偏向素子を有する本発明に係る偏向ユニットの部分切欠平面図、bは、図9aの部分切欠IXb矢視図、cは、図9bのIXc矢視図である。
【図10】 2つの偏向素子アレイからなる偏向ユニットの平面図である。
【図11】 本発明に係る偏向素子の他の実施例を切出すことができる、円筒体軸線を直角に配列させた凹凸円筒レンズの斜視図である。
【図12】 図11に示した円筒レンズから切出した本発明に係る偏向素子の他の実施例の斜視図である。
【図13】 本発明に係る偏向ユニットの他の実施例の斜視図である。
【図14】 図13のXIV矢視図である。
Claims (26)
- 光学的スペクトル領域の電磁放射線または放射線束、特にレーザ光束を偏向させる偏向装置であって、入射する放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束(34a−c)を屈折または反射によって偏向させる少なくとも1つの光学的機能性境界面(2,20,22,36,37,38,39)を有する少なくとも1つの偏向素子(1,18,21,30,32,33)と、変位装置または回転装置として実現され、光学的機能性境界面(2,20,22)を放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束に関して位置決めする位置決め装置とを含む偏向装置において、
光学的機能性境界面(2)がプロペラ様のねじれ面であり、
偏向装置は、少なくとも1つの偏向素子(1)を、放射線(8a−i;9)または放射線束の方向(z)に略垂直で、互いに垂直な2方向(x,y)に変位させ得る少なくとも2つの変位装置、または、少なくとも1つの偏向素子(1)を、偏向させる放射線(9a)の方向に略平行な軸(11)のまわりに少なくとも部分的に回転させ得る回転装置を含むことを特徴とする偏向装置。 - 少なくとも1つの偏向素子(1,8,21)が概して直方体形状を有し、光学的機能性境界面(2,20,22)の反対側の境界面(4,19,23)が平面であることを特徴とする請求項1記載の偏向装置。
- 光学的機能性境界面(2)の略中央の点(3)近傍の極微小領域が、それに対して反対側の偏向素子(1)の平面(4)に平行な向きであることを特徴とする請求項2記載の偏向装置。
- 光学的機能性境界面(2)がその略中央の点(3)を通り互いに略垂直な方向を向いた2本の直線(5,6)を含み、これらの直線の各々に沿って、光学的機能性境界面(2)の局部的傾斜がそれぞれの直線(5,6)の方向には変化せず、各直線(5,6)に沿って、光学的機能性境界面(2)の局部的傾斜がそれぞれの直線(5,6)に垂直な方向に連続的に変化することを特徴とする請求項3記載の偏向装置。
- 光学的スペクトル領域の電磁放射線または放射線束、特にレーザ光束を偏向させる偏向装置であって、入射する放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束(34a−c)を屈折または反射によって偏向させる少なくとも1つの光学的機能性境界面(2,20,22,36,37,38,39)を有する少なくとも1つの偏向素子(1,18,21,30,32,33)と、変位装置または回転装置として実現され、光学的機能性境界面(2,20,22)を放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束に関して位置決めする位置決め装置とを含む偏向装置において、
少なくとも1つの偏向素子(30)が略直方体形状を有して、互いに反対側の表面が光学的機能性境界面として形成されており、互いに反対側の光学的機能性境界面が、垂直な円筒軸を有する凹凸円筒レンズ(31)から円筒軸に対して45°の角度で切出すことによって得られる表面として設計された、曲面であることを特徴とする偏向装置。 - 位置決め装置が少なくとも1つの偏向素子(1,18,21,30)に結合された変位装置を含み、変位装置が、放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束の偏向を変化させるために、少なくとも1つの偏向素子(1,18,21,30)を変位させ得ることを特徴とする請求項5記載の偏向装置。
- 偏向素子(1,18,21,30)の変位が、偏向させる放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束の方向(z)に略垂直な方向(x,y)に実現され得ることを特徴とする請求項6記載の偏向装置。
- 変位装置として、ピエゾ素子を使用することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の偏向装置。
- 偏向装置が少なくとも1つの偏向素子(1,18,21,30)を互いに垂直な2方向(x、y)に変位させる少なくとも2つの変位装置を含み、これらの変位装置が、偏向させる放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束の方向(z)に略垂直に配置されていることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の偏向装置。
- 偏向装置が、互いに垂直な2方向(x、y)への変位のための2つの変位装置を備えた1つの偏向素子(1,30)のみを含むことを特徴とする請求項6〜9のいずれか1項に記載の偏向装置。
- 位置決め装置が回転装置を含み、回転装置によって、1つの偏向素子(1,30)が軸(11)のまわりに部分的に回転し得ることを特徴とする請求項5記載の偏向装置。
- 偏向装置が、1つのアレイ(7)に統合された一群の偏向素子(1,30)を含み、個々の偏向素子(1,30)が、同一の向きで互いに平行に並置されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の偏向装置。
- 偏向素子(1,30)のアレイ(7)が、アレイを互いに垂直な2方向に変位させる変位装置を備えていることを特徴とする請求項12記載の偏向装置。
- 偏向装置が、互いに対向する光学的機能性境界面(20,22)を備えた2つの偏向素子(18,21)を有する少なくとも1つの偏向ユニット(17)を含み、第1の偏向素子(18)の光学的機能性境界面(20)が放物凸面であり、第2の偏向素子(21)の光学的機能性境界面(22)が放物凹面であり、放物面として形成された光学的機能性境界面(20,22)に対称軸が平行に変位する態様で、両偏向素子(18,21)が互いに対して変位し得ることを特徴とする請求項1記載の偏向装置。
- 偏向装置が、少なくとも1つの偏向ユニット(13,17,25,28)を含み、各偏向ユニットが、2つの偏向素子(1,18,21,30)を含むことを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の偏向装置。
- 各偏向ユニット(13,17,25,28)の偏向素子(1,18,21,30)の光学的機能性境界面(2,20,22)が、少なくともセグメントごとに、互いに対して平坦に配置され得ることを特徴とする請求項14または15記載の偏向装置。
- 各偏向ユニット(13,25,28)の偏向素子(1,30)が、それぞれ同じ形状を有することを特徴とする請求項15または16記載の偏向装置。
- 各偏向ユニット(13,17,25,28)において、偏向させる放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束の方向(z)に偏向素子(1,18,21,30)の光学的機能性境界面(2,20,22)が本質的に向うように、偏向素子が配置されていることを特徴とする請求項16または17記載の偏向装置。
- 本質的に互いに反対側の光学的機能性境界面(2,20,22)を有する一方または両方の偏向素子(1,18,21,30)が、変位装置を備えており、両方の偏向素子(1,18,21,30)が、光学的機能性境界面(2,20,22)に本質的に平行な1方向(x、y)に、または光学的機能性境界面(2,20,22)に本質的に平行かつ互いに垂直な2方向(x、y)に、互いに対して相対的に変位し得ることを特徴とする請求項18記載の偏向装置。
- 偏向装置が、それぞれ2つの偏向素子(1,18,21,30)を有する2つの偏向ユニット(13,17,25,28)を含むことを特徴とする請求項14〜19のいずれか1項に記載の偏向装置。
- 偏向ユニット(13,25,28)において、偏向素子(1,30)の代わりに、偏向素子(1,30)のアレイ(7)を使用していることを特徴とする請求項15〜20のいずれか1項に記載の偏向装置。
- 偏向素子(1,18,21,30)が、偏向させる電磁放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束の波長に対して、少なくとも部分的に透明な材料、たとえば石英またはガラスから作製されていることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1項に記載の偏向装置。
- 光学的機能性境界面が、偏向させる電磁放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束の波長に対して、少なくとも部分的に反射性の、適切な材料、例えば金が真空蒸着された、ミラーリングを備えることを特徴とする請求項1〜22のいずれか1項に記載の偏向装置。
- 光学的スペクトル領域の電磁放射線または放射線束、特にレーザ光束を偏向させる偏向装置であって、入射する放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束(34a−c)を屈折または反射によって偏向させる少なくとも1つの光学的機能性境界面(2,20,22,36,37,38,39)を有する少なくとも1つの偏向素子(1,18,21,30,32,33)と、変位装置または回転装置として実現され、光学的機能性境界面(2,20,22)を放射線(8a−i;9;14a−c;15a,b;16a,b;24;26;29a−c)または放射線束に関して位置決めする位置決め装置とを含む偏向装置において、
2つの偏向素子(32,33)で構成された1つの偏向ユニット(40)を含み、
第1の偏向素子が両凸円筒レンズ(32)として実現され、第2の偏向素子が平凸円筒レンズ(33)として実現され、
第2の円筒レンズ(33)の平面の光学的機能性境界面(38)が、第1の円筒レンズ(32)の1つの凸面の光学的機能性境界面(38)に本質的に対向し、両方の円筒レンズ(32,33)の円筒軸が互いに少し傾斜していることを特徴とする偏向装置。 - 偏向装置が、放射線または放射線束(34a−c)の偏向を変化させるために、両方の円筒レンズ(32,33)に同時に変位を生じさせる変位装置を含み、
円筒レンズ(32,33)の変位が、偏向させる放射線または放射線束(34a−c)の方向に対して略垂直な1方向(x)に生じ得ることを特徴とする請求項24記載の偏向装置。 - 変位装置としてピエゾ素子を使用することを特徴とする請求項25記載の偏向装置。
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