(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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