(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系、特に照明光学系内の光学配置であって、
少なくとも一つの光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）と、
前記光学素子を保持する保持素子（１１０）と、
前記光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）内で生成された熱エネルギーを少なくとも部分的には前記光学系の外部環境に放出させる、少なくとも一つの放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）と、
を備え、
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、前記光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）と直接接触しないように配置され、
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’，３５１，３６０，３８０）は、前記保持素子（１１０，２１０，３５３，３７１）と直接接触するように配置され、
該保持素子（１１０）は、少なくとも一つのヒートバリアを有し、
該ヒートバリアは、前記光学素子と直接接触せず、
前記放熱素子は、前記ヒートバリアを横断して延在している
ことを特徴とする光学配置。
【請求項２】
光学系、特に照明光学系内の光学配置であって、
少なくとも一つの光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）と、
前記光学素子を保持する保持素子（１１０）と、
前記光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）内で生成された熱エネルギーを少なくとも部分的には前記光学系の外部環境に放出させる、少なくとも一つの放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）と、
を備え、
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、前記光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）と直接接触しないように配置され、
前記保持素子（１１０）は、少なくとも一つのヒートバリアを有し、該ヒートバリアは、少なくとも１つのスロットによって形成されることを特徴とする光学配置。
【請求項３】
前記保持素子（１１０，２１０，２１０’，３５３，３７１）は、第１領域及び第２領域を有し、
前記第２領域は、前記光学系の光軸（ＯＡ）に対して、前記第１領域の半径方向外側に配置され、前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、前記第２領域でのみ前記保持素子と接触することを特徴とする、請求項１または２に記載の光学配置。
【請求項４】
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、光路開口を有し、該光路開口の領域面積は、前記光学系の作動時に前記光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）を通過する光ビームの断面積の、２００％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項５】
前記光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）及び／又は保持素子（１１０，２１０，３５３，３７１）から、前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）への熱伝導は、少なくとも部分的には、前記光学素子及び／又は前記保持素子の前記表面に対して略垂直な方向に作用することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項６】
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、前記光学系の、光学的に使用される領域の外側領域に配置されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項７】
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、前記光学系を通過する光源からの光の通路を遮らない構造を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項８】
少なくとも２つの放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項９】
前記放熱素子（１２０，１３０）は、保持素子（１１０）に対して、相互に逆側に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の光学配置。
【請求項１０】
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、前記光学系内で、光源からの光によって生成される熱エネルギーを、少なくとも部分的には吸収することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項１１】
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、少なくとも５０Ｗ／Ｋ・ｍの固有の熱伝導率を有する材料から成ることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項１２】
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、前記光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）及び／又は保持素子（１１０，２１０，３５３，３７１）に対して、少なくとも部分的には間隔をおいて配置され、前記間隔は２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項１３】
前記間隔は実質的に一定であることを特徴とする請求項１２に記載の光学配置。
【請求項１４】
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、前記光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）及び／又は保持素子（１１０，２１０，３５３，３７１）に対応する構造であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項１５】
前記光学素子及び／又は前記保持素子（２１０’）は、少なくとも部分的には前記放熱素子（２２０’）とジグザクに組み合わされていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項１６】
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、少なくとも部分的にはプレート状又はシート状であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項１７】
前記保持素子（１１０，２１０，３５３，３７１）は、少なくとも部分的には高反射率の層（HR層）を備えることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項１８】
前記放熱素子（１２０，１３０，２２０，２２０’、３５１，３６０，３８０）は、少なくとも部分的には吸収層（AR層）を備えることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項１９】
前記光学系の動作中において、光源からの光が前記光学系を通過し、前記光源は、少なくとも３００ワットのエネルギーのレーザ（４１０）であることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項２０】
前記ヒートバリアは、少なくとも１つのスロット（１１１，１１２，１１３，１１４）によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学配置。
【請求項２１】
前記ヒートバリアは、比較的低い熱伝導率を有する素材から成る保持素子（１１０）によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の光学配置。
【請求項２２】
前記保持素子（１１０）は、少なくとも１つの固体ジョイント又はマニピュレータを有することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項２３】
前記光学素子（１０１，２０１，３５２，３７０）内で生成される熱エネルギーの放出は、外側の冷却装置（１５０，２５０，３０５）に作用することを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の光学配置。
【請求項２４】
前記光学系は、レーザ光をビーム断面に渡って均一化させる照明系（３００，４２０）であることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか一項に記載の光学配置を有する光学系。
【請求項２５】
請求項１〜２３に記載の光学配置を有することを特徴とする、レーザによる材料加工のための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系、特に照明系内に備えられる光学配置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
全体又は局所的に発光パワー密度（luminous power density）が高レベルとなる光学系の操作で生じる問題には、例えば、レンズ及びレンズに関連する保持素子のような光学素子の温度の上昇がある。この問題は、高レベルの発光パワー密度や、例えば、層における吸収と連関して、素子の膨張又は変形のような現象、及び／又は、中間スペースでの対流を引き起こし、これにより、結像特性に悪影響を及ぼす結果となる。
【０００３】
また、高レベルの発光パワーでは、照明又は結像プロセスに及ぼす悪影響が大きくなる。これは、例えば、マイクロリソグラフィ投影露光装置にて用いられるような回折光学素子で、結像特性に対して無視できない影響を及ぼす迷光に起因する。
【０００４】
特許文献１は、特に、マイクロリソグラフィ投影露光装置の投影対物レンズを開示する。この装置は、少なくとも３つのサブシステムと、第１及び第２のサブシステムの間に配置されたビーム偏向装置とを有する。この装置は、少なくとも１つのスクリーンをビーム偏向装置の領域に備え、第１サブシステムからの迷光が、第３サブシステムへ直接移動することを低減させることを特徴とする。
【０００５】
特許文献２は、特に、ハウジング、特に開口部材内に配置された光学部品を有する光学配列を開示する。この部品は、光学的に活性な第１領域と、光学的に不活性な第２領域とを有し、当該第２領域は少なくとも部分的には第１領域を取り囲む。熱伝導素子が光学的に不活性な第２領域に接続し、ハウジングから放熱体に熱を放出して、開口部材の温度上昇と連関する光学系の特性の熱ドリフトを低減させる。
【０００６】
特許文献３は、特に、光学活性素子と当該光学活性素子に熱伝導可能に接続された保持素子とを有する光学部品を開示する。この光学部品では、保持素子は能動的な冷却システムを有し、光学素子からの熱を放出させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００６／１２８６１３号パンフレット
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２１０８９３号明細書
【特許文献３】国際公開第２００５／１０９１０４号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、光学系、特に照明システム内に備えられる光学配置であって、高発光パワー密度においても、光学系内に存在する熱を効率的に分散させることができる光学配置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、独立請求項１に記載の特徴により達成される。
【００１０】
本発明による、光学系、特に照明光学系内に備えられる光学配置は、
少なくとも一つの光学素子と、
前記光学素子内で生成された熱エネルギーを少なくとも部分的には前記光学系の外部環境に放出させる、少なくとも一つの放熱素子と、
を備え、
前記放熱素子は、前記光学素子と直接接触しないように配置されている
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明による光学配置では、放熱素子は、光学素子部材に直接又は近接（immediate）して接触することが無く、これにより、例えば、能動的な冷却装置によって非常に効率的に冷却することが可能になる。この能動的な冷却装置は循環冷却媒体を有するが、冷却媒体の移動により機械的な振動が光学系に伝わることにより、例えば、レンズのような光学素子を機械的な振動により励起（excite）させるようなことは無い。しかし、本願は、循環冷却媒体を有する冷却素子の存在に限定されるものではなく、むしろ、例えば、放熱素子によって外側に向かって伝導される熱が、光学系上の冷却リブや、対流又は熱放射その他の適切な方法によって外部に放出される配置を含む。
【００１２】
光学素子が少なくとも１つの保持素子によって保持されているような実施形態では、放熱素子は前記保持素子とだけ直接接触するように配置されている。このようにして、冷却媒体の移動により機械的な振動が保持素子に伝わることが無い循環冷却媒体を有する能動的な冷却装置によって、効果的に冷却が行われる。他方、例えば、保持素子に冷却路を一体化させることにより、放熱効果をもたらすことも考えられるが、保持素子内に（例えば、固体ジョイント又はマニピュレータのための）開口又はスロットがあるため、保持素子自体に冷却路を実装することは不可能である。
【００１３】
保持素子が第１領域及び第２領域を有する実施形態では、第２領域は、光学系の光軸に対して、第１領域の半径方向外側に配置され、放熱素子は、第２領域でのみ前記保持素子と接触する。この実施形態は、（半径方向内側の）第１領域と、（半径方向外側の）第２領域との間で応力を分離することができるという有利な効果を奏する。このような応力分離は、半径方向外側の第２領域における放熱素子との接触領域によって妨げられることが無い。言い換えると、この配置では、マニピュレータまたは固体ジョイントの取り付け部の半径方向外側に配置された領域は、保持素子に対して放熱素子を固定するために利用される。
【００１４】
放熱素子が光路開口を有する実施形態では、光路開口の領域面積は、光学系の作動時に光学素子を通過する光ビームの断面積の、２００％以下、特に、１２０％以下、更に、１０５％以下である。言い換えれば、好適には、放熱素子は、光線と比較して、言及に値する大きさの未使用の中間スペースは有さず、光が通過できるようにするのみである。このようにして、放熱素子にて、（光が通過するために必要な領域を残して）可能な限り最大の領域で熱伝導が生じ、放熱素子の素材が最大限に活用される。
【００１５】
一つの実施形態では、光学素子及び／又は保持素子から、放熱素子への熱伝導が、少なくとも部分的には、光学素子及び／又は保持素子の表面に対して略垂直な方向に作用する。その方向では、光学素子（レンズなど）や関連する保持素子の断面積は、概して比較的大きく、放熱素子の領域及び材料を、可能な限り最大限に活用して、熱伝導に利用することができる。さらに、保持素子及び放熱素子を相互にジグザクに組み合わせて、熱伝導効果に寄与する領域の全体面積を増加させることができる。
【００１６】
一つの実施形態では、放熱素子は光学系の光学的に使用される領域の外側領域に配置される。
【００１７】
一つの実施形態では、放熱素子は、光学系を通過する光源からの光の通路を遮らない構造を有する。
【００１８】
一つの実施形態では、少なくとも２つの放熱素子を備える。２つの放熱素子は、保持素子に対して、相互に逆側に配置される。このような配置は、保持素子が例えば、固体ジョイント又はマニピュレータを取り付けるための開口やスロットのようなヒートバリアを有する場合に、特に効果的且つ適切である。
【００１９】
一つの実施形態では、放熱素子は、少なくとも５０Ｗ／Ｋ・ｍの固有の熱伝導率を有する材料から成る。特に適切な材料は、アルミニウムである。特に、光学系をアルミニウム素材によって構成し、各熱膨張係数を適合させることで、機械応力の発生を回避することができる。例えば、銅のような、熱伝導性の良好な他の材料を使用することも可能である。
【００２０】
一つの実施形態では、放熱素子は、光学素子及び／又は保持素子に対して、少なくとも部分的には間隔をおいて配置され、当該間隔は２ｍｍ以下であり、特に０．５ｍｍ以下であり、更には、０．１ｍｍ以下である（そして、特に、実質的に一定であり、例えば、±１０％、好ましくは±５％の範囲内である）。
【００２１】
一つの実施形態では、放熱素子は、前記光学素子及び／又は保持素子に対応する構造であり、本発明による熱伝導は、放熱素子の利用可能な領域又は材料を最大限に活用するように作用する。特に、放熱素子は、少なくとも一部においてプレート状又はシート状でありうる。保持素子及び／又は光学素子も、一定ではなく、相互にジグザクに組み合わされており、即ち、連続的に凸部及び凹部を有する相互に対応する表面を有する。
【００２２】
一つの実施形態では、放熱素子は、特に、少なくとも部分的にはプレート状又はシート状である。保持素子は、少なくとも部分的には高反射率の層（HR層）を備え、保持素子が迷光によってさらに過熱されることを回避する。
【００２３】
一つの実施形態では、放熱素子は、少なくとも部分的には吸収層（AR層）を備え、迷光に的を絞って吸収し、それにより生成される熱を、特に効率的な方法で外側に放出させる。
【００２４】
一つの実施形態では、放熱素子は、光源からの光を通過させ、当該光源は、少なくとも３００ワット、特に、少なくとも８００ワット、更に、少なくとも１２００ワットのエネルギーのレーザである。
【００２５】
保持素子は、特に、少なくとも一つのヒートバリア、具体的には、スロットを有しうる。更に、保持素子は少なくとも一つの固体ジョイント又はマニピュレータを有しうる。
【００２６】
一つの実施形態では、本発明による配置を有する光学系は、ビーム断面に渡ってレーザ光の均一化をするための照明系である。
【００２７】
また、本発明は、光学系、特に照明光学系内の光学配置であって、
少なくとも１つの保持素子によって保持される少なくとも一つの光学素子と、
光学素子内で生成された熱エネルギーを少なくとも部分的には光学系の外部環境に放出させる、少なくとも一つの放熱素子と、
を備え、
放熱素子は、光学素子と直接接触しないように、且つ、保持素子とのみ直接接触するように配置され、
保持素子は、少なくとも一つのヒートバリアを有し、
放熱素子は、ヒートバリアを横断して延在することを特徴とする。
【００２８】
本発明は、一般的に、レーザ材料加工、例えば、レーザ結晶化（例えば、文献公知のＥＬＡ法、ＳＬＳ法、ＴＤＸ法、及びＺＭＲ法）のための装置及び方法や、レーザドープ（即ち、半導体内のドーパントを活性化させる）や、レーザ硬化、レーザ切断、又はレーザ溶接のための装置及び方法に有利に使用されうる。
【００２９】
更に、本発明は、特にレーザ結晶化のためのレーザ材料加工装置に用いられ、当該装置は、上述したような特徴を有する光学配置を有する。
【００３０】
本発明の更なる構成は、以下の説明及び添付の特許請求の範囲に係る記載により明らかとなる。
【００３１】
以下、添付の図面に例示した実施形態に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２ａ】本発明の他の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２ｂ】本発明の他の実施形態の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の一使用例としての照明系の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の一使用例としてのレーザ結晶化を行なう装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は、本発明の第１実施形態による構成を示す概略図である。ここで、図１の縮尺は実際の縮尺とは異なる。
【００３４】
図１に示す構成では、レンズを構成する光学素子１０１は、保持素子１１０によって保持され、周辺構成Ｓ1及びＳ2により画される光線Ｓを通過させる。ここで、光が透過する方向は、図上、ｚ方向として示す。簡略のため、光学素子１０１を保持素子１１０に固定する態様については詳細に示さないが、基本的にはあらゆる公知の方法によって固定することができる。また、図１に示す実施形態での保持素子１１０は、以下に詳述する複数の開口またはスロット１１１、１１２、１１３、１１４を有し、これらは、応力分離素子、及び／又は、マニピュレータ素子を保持素子１１０内に収容するように構成されている。
【００３５】
光学系内の各位置に応じて、光学素子１０１は、例えば、（特に、円柱状又は球状）レンズ、又は、例えばプリズムやミラーのような、その他の透過性素子でありうる。
【００３６】
図１の一点差線は、光学系の光軸ＯＡであり、当然、回転対称光学部品の曲率中心に延在する。光が透過する方向の光軸ＯＡ、即ちｚ方向の周囲には、本実施形態では（例えば、回転対称の）冷却素子１５０が複数の冷却路１５１を有する冷却体として配置される。冷却路を通じて、冷却媒体がポンプ（図示しない）によって、冷却剤回路内の冷却媒体が循環する。
【００３７】
冷却装置１５０は、少なくとも部分的には、光学系内、特に光学素子１０１において、光学系を通過した（例えば、光学素子１０１の層１０２、１０３にて吸収された）光によって生成された熱を放出させる。また、光学系を取り囲む冷却装置１５０は、例えば、外部又は周辺空気を介して伝導する振動に起因する温度の変動から、光学系を保護する場合に更なる有利な効果を奏する。
【００３８】
冷却装置１５０の冷却路１５１内の冷却媒体は、液体（例えば、水）又は気体であり、好ましくは、外部冷却によって一定温度（例えば、２２℃）に維持される。各適切な温度差は、冷却装置１５０とそれらの表面又は部品との間隔に応じて線形に変化する。この間隔から、以下に説明するように、熱が放出される。
【００３９】
本発明による光学系の放熱効果を実行するために、本発明の本質的な構成要素として、少なくとも１つの放熱素子を有する（例えば、図１に示す例では、２つの放熱素子１２０，１３０を有する）。その機能は、少なくとも一時的には光学素子１０１から冷却素子１５０への熱伝導部を橋渡しすることである。このとき、周囲の気体（空気や、例えば窒素のような洗浄ガス）から光学素子１０１へと伝わる熱が、少なくとも部分的には受け入れられ又は吸収され、放熱素子１２０，１３０の素材を経て冷却装置１５０に隣接する領域に伝えられる。
【００４０】
図１の実施形態では、２つの放熱素子１２０，１３０を有し、放熱素子１２０は、半径方向内側部分で、光学素子１０１に対応する形状である。放熱素子１２０は、好ましくは、一定かつ最大２ｍｍの間隔を除いて、光学素子１０１に対してぴったりなベア（bear）を有する。これにより、その領域における熱は、残されたギャップ１４０ａ，１４０ｂにより、光学素子１０１から放熱素子１２０への熱伝導により効率的に移動し、放熱素子１２０の使用可能な領域又は材料を最大限に活用する。
【００４１】
放熱素子１２０の半径方向外側部分では、半径方向内側部分よりも厚く、比較的一定の厚さを有し、この領域においても、半径方向外側に向かって保持素子１１０に沿う、好ましくは最大２ｍｍのギャップ間隔を有する。よって、この領域では、保持素子１１０から放熱素子１２０に対して、ギャップ１４０ｃに存在する、例えば、窒素又は空気のようなフラッシングガスや、ｚ方向の熱伝導などにより、放熱素子１２０の材料を介して、冷却装置１５０に向かって半径外側方向に熱を放出させる。
【００４２】
図１に示すように、第２放熱素子１３０も、保持素子１１０の側に光学素子１０１又は第１放熱素子１２０に対向して配置される。好ましくは、第２放熱素子１３０は、最大２ｍｍのギャップ間隔をおいて保持素子１１０に沿って半径外側方向に延在する。そして、先ず、ギャップ１４０ｄに存在する気体（例えば、窒素又は空気のようなフラッシングガス）により、保持素子１１０に生じる熱をｚ軸方向に移動させ、熱伝導により、冷却装置１５０に向かって半径外側方向に熱を移動させる。
【００４３】
放熱素子１２０及び１３０は、好ましくは、少なくとも５０Ｗ／Ｋ・ｍの、比較的高い特定の熱伝導率を有する材料からなる。特に適している材料は、アルミニウムであり、特に、光学系がアルミ素材で構成されている場合に有利である。これにより、各熱膨張係数を適合させることができるとともに、機械的応力の発生を回避することができる。
【００４４】
図１に示すように、冷却素子１５０は、（好ましくは一定の）５ｍｍ以下の間隔で配置される。好ましくは、この間隔は、第１又は第２放熱素子１２０，１３０の各外側端又は保持素子１１０から、半径方向に０．５ｍｍ〜１ｍｍである。
【００４５】
限られた空間を維持し、光学系の光学素子又は保持素子に対して直接接触しないようにするために、冷却装置１５０内の冷却液の流れに起因する機械的振動が、光学系に直接又は減衰することなく、光学系に伝播しないようにする。他方、放熱素子１２０又は１３０に対して、少なくとも実質的に均一な間隔（例えば、間隔のばらつきが±１０％、好ましくは５％以下）を設けて、光学系が不規則に冷却されることに伴って、光学系に応力が生じたり、又は、光学素子や保持素子が変形したりしないようにするとともに、光学系の歪み及びそれに伴う光学特性に対する不利な影響を回避する。
【００４６】
図１からも明らかなように、保持素子１１０、及び放熱素子１２０及び／又は１３０は、少なくとも１つの接触領域１２５を有する。これにより、放射方向内側のギャップ１４０ａ〜１４０ｃに存在する気体量によって達成される密閉完全性によって、保持素子１１０を有する光学系又は光学素子１０１を収容する光学モジュールは、気密密閉される。図１に示すように、接触領域１２５は、スロット１１１〜１１４の、光軸ＯＡに対して放射方向外側に設けられる。例えば、これらのスロット１１１〜１１４が放熱素子１２０又は１３０との接触領域１２５によって塞がれないので、応力を分離することができる。
【００４７】
更なる実施形態において、冷却装置１５０は、光学系に関して調節可能に設計されており、ギャップ１５０ａの幅は適宜調節可能である。
【００４８】
放熱素子１２０及び／又は１３０に係る、本発明による機能を確実にするために、光学素子１０１、保持素子１１０、冷却装置１５０のそれぞれとの間隔が小さいことに加えて、光学系における幾何学的配置は、より高い熱耐性を有するあらゆる領域を橋渡しするように適切に選択される。
【００４９】
そのような、より高い熱耐性を有する領域は、図１では、スロット１１１，１１２，１１３，及び１１４として示す。これらは、固体ジョイント又はマニピュレータ（例えばｘ−ｙマニピュレータ）のための取り付け部として機能する。例えば、スロット１１１〜１１４は、空隙（又はフラッシュガスが充填された領域）であり、それぞれが、熱伝導の点で耐性を示す。このことは、図１に示す構成において非常に有利であり、第２放熱素子１３０や、第１放熱素子１２０は、スロット１１１〜１１４の領域について半径方向内側に延在する。この場合、少なくとも実質的にはスロット１１１〜１１４がバイパスとなり、第１及び第２放熱素子１２０，１３０によって、光軸ＯＡに対して半径方向の放熱が生じる。
【００５０】
このような、本発明に係る、保持素子１１０の少なくとも実質的なバイパス効果は、冷却装置１５０に向かう放熱を伴う。この効果は、上述したスロット１１１〜１１４が存在する場合のみではなく、保持素子１１０自体が比較的熱伝導率の低い素材（例えば、高い剛性又は高い固有振動数が必要な場合には鋼鉄を、十分な安定性が必要な場合にはインバール（登録商標）を用いる）から成るような状況であっても、有利且つ適切である。
【００５１】
また、より高い熱耐性を有する領域は、光学素子１０１の保持素子１１０における保持具として用いる限りにおいて、図１に簡略化して示すように、比較的広域ではなく、むしろ、（典型的には３つの）比較的小さい支持点として構成される。よって、この領域により提供される追加的なヒートバリアも、本発明による放熱効果によって有利に橋渡しされる。
【００５２】
更なる構成において、保持素子１１０は、（例えば、HR層を適用することにより）少なくとも部分的に強い反射特性を有し、迷光によって保持素子がさらに加熱されないようにする。更に、追加的又は代替的に、放熱素子に、全体的又は局所的に吸収剤コーティング（AR層）を施してもよい。吸収剤コーティングを施した領域の高い吸収特性により迷光が吸収されるので、迷光によって生成される熱は、各放熱素子１２０，１３０によって、特に効率的に冷却装置１５０へと放出される。
【００５３】
更なる実施形態（図示しない）において、１又は複数の放熱素子を隣接する保持素子に一体化させることができる。
【００５４】
図２ａは、本発明の更なる実施形態を示す概略図である。図１に示した構成要素と、同一か、又は同様の機能を有する構成要素には、図１のものに１００を加えた参照符号を付す。図２に示す実施形態は、一つだけの放熱素子２２０を有し、さらに保持素子２１０がスロットも当該スロットに関連するヒートバリアも有さないという点で図１に示すものとは異なる。従って、任意には、上述した通り、更なる放熱素子を備えることなく実施可能である。この場合、第２放熱素子の構成は、図１と同様であり、特に（上述したように）、例えば保持素子２１０は、熱伝導率係数の低い材料で構成されうる。また、保持素子自体は放熱素子として構成されうる。
【００５５】
図２ｂにて、更なる実施形態として示すように、（少なくとも）一つの保持素子２１０’と、（少なくとも）一つの放熱素子２２０’は、相互にジグザクに組み合わされ、放熱に寄与する表面積を増加させ、即ち、連続的な、相対的に凸部と凹部（図２ｂにて、相互に接触しない、即ちギャップ間隔を持つ構成として示す）とを持つ、相互に対応する表面を有している。
【００５６】
図３は、本発明の一実施形態に係る照明系３００の概略図である。
【００５７】
照明系３００は、簡略化した形式によってのみ示され、レーザ光源（図３には図示しない）からの光を、可能な限り均一に混合し、（図示した座標系におけるｚ軸方向に沿う）光の進行方向において、光の入射を画するリング３１０に後続して、関連する保持素子３２１持つ第１レンズ３２０と、第１迷光開口部材３３０とを有する。迷光開口部材３３０は、迷光に的を絞って捕集するように機能し、この目的のために、表面処理を施され、良好な吸収特性を備える。また、迷光開口部材３３０は、ビームパスに隣接する保持素子からは比較的離間して配置されるので、照明系３００内のフラッシュガスでの熱伝導により保持素子に伝わる熱は、最小限となる。迷光開口部材３３０は、比較的大きい断面積を有するので、存在する熱が迅速にシステムの外側部分に伝導される。
【００５８】
第１の迷光開口部材３３０に後続して、ビームパスに沿いに、関連する保持素子３４１を持つ第２レンズ３４０と、関連する保持素子３５３を持つ第３レンズ３５０とを有する。第３レンズ３５０に隣接して、上述した実施形態に従って設計されうる本発明による放熱素子３５１および３６０が配置される。
【００５９】
ビームパス上で後続して、即ち放熱素子３６０の下流にて、関連する保持素子３７１を持つ第４レンズ３７０が配置される。そして、保持素子３７１には、上述した実施形態に従って設計されうる本発明による更なる放熱素子３８０が関連する。図３に示すように、保持素子３７１は、開口又はスロット３７１ａを持ち、これらは、保持素子３７１自体による放熱を妨げるヒートバリアとして作用するので、上述したように、放熱素子３８０が特に効果的に作用する。
【００６０】
ビームパス上における下流に、第２迷光開口部材３９０と、関連する保持素子３９６によって支持される第５レンズ３９５が備えられる。
【００６１】
図３に示す使用例では、放熱素子３５１，３６０，３８０は、レンズ３５０，３７０および関連する保持素子３５３，３７１のそれぞれに近接又は隣接して使用されるので、例えば、マニピュレータの薄い縁や、それらによって形成されるヒートバリアによって、熱の流れが妨げられることが無い。むしろ、放熱素子と、レンズや保持素子との間にそれぞれ存在する、希薄な空気やガスギャップによって、熱伝導性が高い、放熱素子３５１，３６０，３８０の材料に伝えられる。そして、熱は、照明系の外側部分又は外側部分に配置された冷却装置３０５に対して、直接又は少しの距離を介して伝えられる。照明系３００は、簡略形式によってのみ示すため、特に、均一に光を混合するための、更なる素子を備えうる。
【００６２】
図４は、レーザによる材料加工、特にレーザ結晶化またはレーザ硬化を行う一般的なシステムを示す概略図である。レーザ結晶化（例えば、公知のＥＬＡ法、ＳＬＳ法、ＴＤＸ法、及びＺＭＲ法）の用途や、レーザ硬化の用途にも関わらず、本発明はレーザドープ（即ち、半導体内のドーパントを活性化させる）や、レーザ切断、又はレーザ溶接のための装置及び方法、レーザ材料加工のための更なる装置及び方法に適用することができる。
【００６３】
（図示されただけであり、図３に示したような構成を有する）照明システム４２０に加えて、図４に示す装置は投影光学モジュール（ＰＯＭ：Projection Optical Module）４３０を有する。
【００６４】
図４に示すように、レーザビーム４０５は、レーザ光源４１０によって生成され、先ず、偏向ミラー４１５によって偏向され、照明システム４２０を通過する。照明システム４２０では、レーザビーム４０５は、断面が実質的に変化することなく、均一に混合される。投影光学モジュール４３０は、複数のミラー（２つのミラー４３１，４３２は、図４に例示的に示す）を有し、それらは、照明システム４２０から入射するレーザビーム４０５を変形させて、略ライン状の断面を有する四角形にする。このようにして変形されるレーザビームは、例えば、レーザ結晶化に用いられ、例えば、基板４５０上のシリコン（Ｓｉ）層４４０に当たる。シリコン層４４０は、例えば、半導体ディスプレイの製造に役立てられるパネルであり、これは、様々な種類の電気装置（たとえば、フラットスクリーンテレビや、携帯電話のディスプレイ）に用いられる。基板４５０は、可動運搬体４６０によって、レーザ結晶化操作のためにレーザビーム４０５の方向に対して横断方向（両方向矢印４６１で示す）に移動可能である。
【００６５】
本発明について、特定の実施形態を参照して説明してきたが、当業者は、各実施形態の特徴を組み合わせ又は変更することにより、種々の変形例及び代替的な実施形態を実施可能である。したがって、このような変形例又は代替的な実施形態は、本発明に包含され、且つ、本発明の範囲は添付の請求項及びその均等物の意味においてのみ限定されることは当業者には明らかである。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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