KR101737600B1

KR101737600B1 - 발산-변화 장치

Info

Publication number: KR101737600B1
Application number: KR1020147034196A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 라베; 에른슈트 빌헬름 뵈클러
Original assignee: 스캔랩 아게
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: JP5951134B2; KR20150006056A; CN104620157B; CN104620157A; JP2015531888A; DE102012111098B4; US20150253555A1; DE102012111098A1; WO2014076290A1; US9217853B2

Abstract

가변적으로 조절가능한 방식으로 전자기 광선 빔(5)의 발산을 변화시키기 위한 발산-변화 장치(1)로서, 상기 장치는, 상기 광선 빔(5)을 제공하기 위한 광선원(10), 제1 초점(16), 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)을 가지는 광학 시스템(15)을 구비한 실질적으로 텔레센트릭인 구성체(31)를 포함하고, 상기 실질적으로 텔레센트릭인 구성체(31)는, 상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 제1 초점(16)에 밀접 인접하게 배치되는 광선-편향 장치(30)로서, 상기 주 광선(6)이 상기 제1 초점(16)에서 또는 상기 제1 초점(16)에 인접해서 상기 광선-편향 장치(30)에 닿게 상기 광선원(10)으로부터 상기 광선 빔(5)이 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 방식으로 그리고 상기 광선원(10)으로부터 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)으로 나오는 상기 광선 빔(5)이 상이한 입사각들로 상기 광선-편향 장치에 의해 공급될 수 있는 방식으로 광선-편향 장치(30)가 배치 및 설계되며, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 상기 광선 빔(5)은 광선-형상기(34)에 의해 상기 제2 시스템 영역(18) 상으로 편향되며, 상기 광선 빔(5)은, 상기 광선 빔(5)이 다시 상기 광선-편향 장치(30)에 닿고 일정한 위치를 가진 채 상기 발산-변화 장치(1)를 떠나는 방식으로 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)에 의해 상 맺힌다.

Description

발산-변화 장치{Divergence-changing Device}

본 발명은 발산-변화 장치에 관한 것이며, 특히 가변적으로 조절가능한 방식으로 전자기 광선 빔의 발산각을 변화시키기 위하여 실질적으로 텔레센트릭(telecentric)인 광학 구성체를 구비한 발산-변화 장치에 관한 것이다.

전자기 방사의 발산, 예를 들어 레이저광의 발산을 변화시키는 것은, 예컨대 재료 가공 또는 현미경에서와 같은 많은 분야들에서 필요하다. 광선의 발산을 변화시키는 것은, 예를 들어 상기 발산을 변화시킴으로써 전자기 방사의 초점을 변위시키는 데에 필요할 수 있다.

예를 들어, 레이저 재료 가공에 있어서, 제어가능하고 이동가능한 여러 거울들에 의해 가공물(work piece) 위로 고속으로 레이저 빔이 자주 지향되는 때에, 최적의 프로세싱 효율을 얻기 위하여 신속하게 변화가능한 초점 거리로써 가공될 가공물로의 레이저 빔의 작동 초점을 잡는 것이 필요할 수 있다. 이 점에 있어서 상기 가공물의 치수로 인하여 레이저원(laser source)과 상기 가공물 사이의 상이한 거리들이 발생할 수 있으며, 이는 상기 레이저 빔으로부터 상기 가공물로의 효율적이고 정확한 에너지 전달을 달성하기 위하여 상기 레이저 빔을 재빠르게 초점 잡는 것이 필요할 수 있는 이유다.

따라서 상기 전자기 방사의 발산을 변화시키기 위한 발산-변화 장치의 가치가 있다.

이 목적을 위해, 본 발명에는, 가변적으로 조절가능한 방식으로 전자기 광선 빔의 발산을 변화시키기 위한 발산-변화 장치가 제공되는바, 상기 전자기 광선 빔은 주 광선에 의해 형성되고 선택적으로 그러한 주 광선 및 복수개의 추가 광선들을 포함하며, 상기 장치는,

상기 광선 빔과 함께 적어도 상기 복수개의 추가 광선들을 제공하기 위한 광선원,

제1 초점, 제1 시스템 영역 및 제2 시스템 영역을 가지는 광학 시스템을 구비한 실질적으로 텔레센트릭인 구성체를 포함하고, 상기 실질적으로 텔레센트릭인 구성체는,

상기 제1 초점 내에 또는 상기 제1 초점에 밀접 인접하게 배치되는 광선-편향 장치로서, 상기 주 광선이 상기 제1 초점에서 또는 상기 제1 초점에 인접해서 상기 광선-편향 장치에 닿게 상기 광선원으로부터 상기 광선 빔이 상기 광선-편향 장치에 닿는 방식으로 그리고 상기 광선원으로부터 상기 광학 시스템의 제1 시스템 영역으로 나오는 광선 빔을 상이한 입사각들로 공급할 수 있는 방식으로 광선-편향 장치가 배치 및 설계되며, 상기 제1 시스템 영역으로 공급되는 상기 광선 빔 중 주 광선이 그 입사각과 실질적으로 독립된 방향으로 상기 제1 시스템 영역으로부터 편향되는 방식으로, 상기 광선 빔이 상기 제1 시스템 영역에 의해 상 맺히도록(imaged) 상기 광학 시스템이 설계됨으로써, 상기 상 맺힘(imaging) 전과 비교하여 상이한, 상기 입사각에 종속되는 발산각에서 상기 광선 빔 중 상기 복수개의 추가 광선들이 상기 주 광선에 대하여 상 맺히게 되는, 광선-편향 장치, 및

상기 광학 시스템의 제1 시스템 영역에 의해 상 맺히는 상기 광선 빔을 상기 광학 시스템의 제2 시스템 영역으로 편향시키는 방식으로 설계되는 광선-형상기(Strahlfaltvorrichtung; ray-folding device)로서, 상기 광선 빔이 상기 광선-편향 장치에 다시 닿는 방식으로 상기 광선 빔은 상기 광학 시스템의 제2 시스템 영역에 의해 상 맺혀지며, 상기 주 광선은 상기 제1 초점에서 또는 상기 제1 초점에 인접해서 다시 상기 광선-편향 장치에 닿으며, 상기 복수개의 추가 광선들은 상기 광선-편향 장치에 다시 닿으며, 다시 입사하는 광선 빔은, 상기 다시 입사하는 광선 빔 중 주 광선이 실질적으로 정지 상태이고(stationary) 상기 광선원으로부터 상기 광선-편향 장치에 닿는 광선 빔 중 주 광선과 동일 직선상(collinear)에 있지 않거나 그리고/또는 상기 광선원으로부터 상기 광선-편향 장치에 닿는 광선 빔으로부터 물리적으로 분리되지 않는 방식으로 상기 광선-편향 장치에 의해 편향되는, 광선-형상기를 구비한다.

본 발명에는, 위에서 설명된 바와 같은 적어도 2개 또는 정확히 2개의 발산-변화 장치들을 포함하는 발산-변화 구성체가 더 제공되며, 상기 적어도 2개 또는 정확히 2개의 발산-변화 장치들은, 그것들이 공통 광선 경로를 가지는 상류 발산-변화 상치 및 그것의 하류 발산-변화 장치를 형성하는 방식으로 배치되고, 광선 빔 중 주 광선이 상기 상류 발산-변화 장치에 의해 정지되는 방식(stationary way)으로 상 맺히는 상기 광선 빔은 상기 하류 발산-변화 장치의 광선원을 형성한다.

게다가 본 발명에는, 광선 위치 및 발산-변화 장치가 제공되는바, 상기 광선 위치 및 발산-변화 장치는 위에서 설명된 바와 같은 발산-변화 장치 및/또는 발산-변화 구성체, 2-D 스캐닝 시스템 및 컨트롤러를 포함하고, 상기 발산-변화 장치 및/또는 상기 발산-변화 장치 구성 및 상기 2-D 스캐닝 시스템은 공통 광선 경로를 형성하고, 상기 발산-변화 장치 및 상기 발산-변화 장치 구성이 개별적으로 제공된다면 상기 발산-변화 장치 및 상기 발산-변화 장치 구성은 상기 공통 광선 경로 내에서 상기 2-D 스캐닝 시스템 전에 배치되며, 상기 2-D 스캐닝 시스템은, 상기 발산-변화 장치 또는 상기 발산-변화 장치 구성으로부터 와서 상기 2-D 스캐닝 시스템에 닿는 광선 빔의 전파 방향을 서로 독립적인 2개의 공간적 차원 내에서 설정하도록 구성되고, 상기 컨트롤러는 제어 정보에 따라 선택가능하고 지향되는 방식으로 상기 발산-변화 장치 및/또는 상기 발산-변화 장치 구성으로써 발산 변화를 조절하고 상기 2-D 스캐닝 시스템으로써 상기 전파 방향을 조절하도록 구성된다.

도 1에는 굴절 시스템으로서 구성된 광학 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 발산-변화 장치가 2개의 사시도들로부터 개략적으로 도시된다.
도 2에는 반사 시스템으로서 구성된 광학 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 발산-변화 장치가 개략적으로 도시된다.
도 3에는 반사 시스템으로서 구성된 광학 시스템을 포함하는 본 발명에 따른 발산-변화 장치의 사시도가 개략적으로 도시된다.
도 4에는 광선 확장 기능(ray expansion functionality)이 추가적으로 통합된 본 발명에 따른 발산-변화 장치가 개략적으로 도시된다.
도 5에는 다른 예시적 실시예에 따른 본 발명에 따른 발산-변화 장치가 개략적으로 도시된다.
도 6에는 본 발명에 따른 2개의 발산-변화 장치들을 포함하는 발산-변화 장치 구성이 개략적으로 도시된다.
도 7에는 상기 발산-변화 장치의 각각의 실시예에 제공될 수 있는 본 발명에 따른 역반사기 장치를 구비한 발산-변화 장치가 개략적으로 도시된다.
도 8에는 본 발명에 따른 발산-변화 장치 또든 발산-변화 구성체 및 역반사기 장치의 개략도가 도시된다.

도면들을 참조하면, 본 발명에는 전자기 광선 빔(5)의 발산을 변화시키기 위한 발산-변화 장치(1)가 제공된다. 상기 발산-변화 장치(1)는 전자기 광선 빔(5)을 발생시키기 위한 광선원(10)을 포함한다. 상기 광선원(10)은 (하기에서 “광선 빔”이라고 짧게도 불리는) 전자기 광선 빔(5)을 제공 또는 발생하도록 구성될 수 있으며, 상기 전자기 광선 빔(5)은, 예컨대 선형 편광, 원형 편광 또는 타원형 편광과 같은 임의의 편광을 가질 수 있다. 상기 광선원(10)은 임의의 파장을 가지는 광선 빔들(5)을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 상기 광선원(10)은 레이저 빔 소스(10), 가시광을 위한 광선원(10), 또는 UV 또는 IR 방사를 위한 광선원(10)일 수 있다. 상기 광선원(10)은, 여러 펄스된, 즉, 일시적으로 중단되는 광선 빔들(5)을 발생시키는 펄스된 레이저 빔 소스(10)일 수 있거나, 또는 상기 광선원(10)은 연속적 광선 빔(5)을 발생시키는 레이저 빔 소스(10)일 수 있다. 상기 광선원(10)은 재료 가공(예컨대 강철과 같은 금속의 용융 또는 기화)에 적합할 수 있는 방사를 발생시키는 고성능 광선원일 수 있다. 상기 광선원(10)에 의해 발생되는 광선 빔(5)은 복수개의(예컨대 다수의) 광선들(예컨대 개개의 광선들)을 포함할 수 있으며, 예컨대 원형, 타원형 또는 다각형 단면 구역과 같은 임의의 단면 구역을 가질 수 있다. 상기 광선 빔(5)은 발산을 포함할 수 있다. 상기 발산은 광선 빔의 광선들이 서로에 대하여 수렴 또는 발산하는 각도를 설명할 수 있다. 예를 들어 상기 광선원(10)은, 2mW보다 큰(예를 들어 레이저 파워 등급(laser power class) 2를 넘는 레이저 파워 등급을 가지는), 500mW 초과의, 10W 초과의, 그리고/또는 20kW에 이르는 성능을 갖는 레이저 빔 소스(10)일 수 있다. 상기 레이저 빔 소스(10)는 1μs 미만의 펄스 지속시간을 가지고 100nJ 초과 또는 1mJ 초과의 펄스 에너지 및/또는 몇 줄 미만(예컨대 5J 미만)의 펄스 에너지를 가지는 펄스된 방사일 수 있다. 또한 상기 레이저 빔 소스(10)는, (예를 들어 안구에 대한 수술 또는 이와 비슷한 것을 시행하기 위하여) 예를 들어 본 발명에 따른 장치가 생물학적 조직과 상호작용하거나 생물학적 조직을 프로세싱하기 위해 이용된다면, 예를 들어 10ps 미만의 펄스 지속시간 및 약 1 내지 10nJ의 펄스 에너지를 갖는 펄스된 방사를 발생시킬 수 있다. 여기서 상기 광선원(10)은 (예를 들어 가상의 것인(virtual)) 입사 눈동자일 수도 있으며, 이를 통하여 상기 발산-변화 장치(1)에 광선 빔(5)이 제공되는바, 즉, 상기 광선원(10)은 실제의 물리적 광선원(10)일 필요는 없다. 이 경우에 광선 빔(5)은 상기 광선원(10)에 의해 제공되고, 상기 광선원(10)은 위에서 언급된 “물리적” 광선원(10)에 의해 발생되는 광선 다발(bundle of rays; 5)에 해당한다.

여기서 시준된 광선 빔(5)은 영(zero)의 발산을 포함할 수 있으며, 발산성 광선 빔은 양의 발산값, 수렴성 광선 빔은 음의 값을 포함할 수 있다. 따라서 광선 빔(5)은 예를 들어 상기 광선 빔(5)이 상기 광선원(10)을 떠날 때 시준되거나(즉, 예를 들어 상기 광선 빔(5)의 광선들이 실질적으로 서로 평행하게 연장됨), 발산성이거나(즉, 예를 들어 상기 광선들이 실질적으로 발산함) 또는 수렴성일(즉, 예를 들어 상기 광선들이 실질적으로 수렴함) 수 있다.

상기 발산-변화 장치(1)의 작동 모드의 설명에서, 상기 광선 다발은 하기에서 주 광선(6) 및 복수개의 추가 광선들에 의해 광학에서는 일반적이듯 수학적으로 표현될 것인바, 상기 주 광선(6)은 상기 광선 빔(5) 안에서 실질적으로 중심으로 연장되며 상기 광선 빔(5)의 전파 방향을 특징짓고, 상기 복수개의 추가 광선들은 상기 주 광선(6) 둘레에 다발식(bundled way)으로 배치될 수 있으며, 상기 복수개의 추가 광선들의 방향은 상기 광선 빔(5) 안의 위치에 따라 상기 주 광선(6)에 상대적으로 젖혀질(tilted) 수 있으며, 그럼으로써 상기 광선 빔(5)의 발산이 형성(describe)된다. 상기 광선 빔(5)은 복수개의 추가 광선들 및 그러한 주 광선(6)을 포함할 수 있거나 상기 주 광선은 상기 광선 빔(5) 안에 존재하지 않을 수 있거나, 예를 들어 (예컨대 블라인드(blind)에 의해) 소거될 수 있거나, 또는 상기 광선원(10)에 의해 제공되지 않을 수 있다. 이 경우에, 상기 주 광선(6)은, 상기 광선 빔(5)의 전파 방향을 실질적으로 형성/특징지을 수 있는 가상의(virtual) 주 광선일 수 있다.

그러나 상기 기능적 설명에 관한 이러한 개념은 상기 광선 빔(5)의 가능한 특성들을 제한하지 않는바; 이 점에 있어서 상기 광선 빔(5)은, 상이한 기하구조(geometry), 파장 및 편광을 갖는 여러 부분적 빔들로 구성될 수 있다. 같은 방식으로, 단면을 가로지르는 그 세기의 분포가 불균질하거나 비대칭적이거나 그 세기의 분포가 상기 주 광선(6)의 영역 내에서 최소점 또는 최대점을 가지는 본 발명에 따른 광선 빔들(5)이 제공될 수 있다.

하기에서 "상 맺힘"(또는 "상 맺히기")라는 용어가 광선들 또는 광선 빔들에 대하여 이용된다면, 이는, 상기 광학 시스템을 따르는 추후의 코스(course) 안에서 제1 광선이 제2 광선 또는 광선 빔에 의해 형성되는 방식으로 상기 제1 광선이 상기 광학 시스템/광학 요소를 통하여 편향 또는 지향됨을 의미할 수 있다. 이 맥락에서 상기 제1 광선 또는 상기 제1 광선 빔은 상기 제2 광선 또는 상기 제2 광선 빔으로 상 맺힌다. 점들에 관하여 상기 "상 맺힘"(또는 "상 맺히기")라는 용어는 광학적 상 맺힘(optical imaging)의 의미 내에서 이해될 수 있다.

상기 발산-변화 장치(1)는, 광학 시스템(15)으로서 광선-편향 장치(30)와 함께 상기 광학 시스템(15)의 제1 초점(16)에서 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하게 배치되고 실질적으로 텔레센트릭인 구성체(31)를 형성하는 광학 시스템(15)을 포함한다. 텔레센트릭 (광학) 구성체는 텔레센트릭 상 맺힘 특성을 가지는 구성체로 고려된다.

예를 들어, 상기 광학 시스템(15)의 제1 초점(16)을 통하여 상기 광학 시스템(15)에 닿는 광선이, 그 광선이 상기 광학 시스템(15)에 닿는 위치 및/또는 입사각에 독립적인 방향으로 편향된다면, 텔레센트릭 상 맺힘 특성이 존재한다. 달리 말하자면, 텔레센트릭 상 맺힘의 경우에 상기 제1 초점(16)을 통과하여 상기 광학 시스템(15)에 닿는 광선들은 상기 광학 시스템(15) 상으로의 입사 위치 또는 입사각에 독립적인 방향으로 서로에 대해 평행하게 편향된다. 상기 광학 시스템(15)이 포물면형 거울의 상 맺힘 특성들에 대응되는 상 맺힘 특성들을 가지는 방식으로 상기 광학 시스템(15)이 구성될 수 있다(예를 들어 입사 광선 빔은, 그것이 포물면형 거울에 의해 반사되었던 것과 같은 방식으로 그것의 발산에 대하여 상 맺힐 수 있음). 예를 들어 본 발명에 따르면, 텔레센트릭 상 맺힘은, 반사 시스템(20)(예를 들어 포물면 반사기(20)) 또는 텔레센트릭 굴절 시스템(25)(예를 들어 렌즈 시스템)을 가지는 광학 시스템(15)을 구비한 텔레센트릭 구성체(31)에 의해, 또는 다른 방식으로 달성될 수 있다. 상기 텔레센트릭 구성체(31)는 그러한 구조물을 구비할 수 있거나, 그리고/또는 높은 파워의 양을 전달하는 광선 빔들(5)을 상 맺게 하기 위하여 적합한 재료들을 이용하여 제작될 수 있다.

상기 광학 시스템(15)은 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)을 포함한다. 상기 제1 시스템 영역(17) 및 상기 제2 시스템 영역(18)은 상이한 광학 속성 또는 동일한 광학 속성을 가질 수 있으며, 서로로부터 물리적으로 분리되도록 (예를 들어 분리된 영역들로서) 구성될 수 있거나 또는 (예를 들어 모놀리식으로 일체로 되는 방식(monolithically integral manner)으로) 서로에 대하여 모놀리식(monolithic)이도록 형성될 수 있다. 예를 들어 상기 제1 시스템 영역(17) 및 상기 제2 시스템 영역(18)은 개별의 개개의 분리된 반사 시스템(예컨대 포물면형 거울)에 의해 또는 개개의 분리된 굴절 시스템(예를 들어 하나 이상의 투과성 광학 요소들 또는 예를 들어 텔레센트릭 대물렌즈(telecentric objective)를 포함하는, 예컨대 렌즈 시스템)에 의해 개별적으로 형성될 수 있다.

상기 광학 시스템(15)을 형성하는 상기 제1 시스템 영역(17) 및 상기 제2 시스템 영역(18)은, 상기 광선-편향 장치(30)와 협동함으로써 상기 텔레센트릭 구성체(31)의 텔레센트릭 상 맺힘 특성을 함께 제공할 수 있다. 이는 상기 제1 시스템 영역(17)이 텔레센트릭 상 맺힘 특성을 가질 수 있으며 상기 제2 시스템 영역(18)이 텔레센트릭 상 맺힘 특성을 가질 수 있음을 의미하는바, 여기에서 상기 제1 시스템 영역(17)의 하나의 (물체측) 초점 및 상기 제2 시스템 영역(18)의 하나의 (상측) 초점은, 상기 제1 초점(16)을 함께 형성하기 위하여 상기 제1 초점(16)의 위치에서 실질적으로 일치한다.

본 발명에 따르면, 상기 제1 초점(16)을 통하여 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 닿지 않는 광선은, 상기 제1 초점(16)을 통하여 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 닿는 광선에 대하여 각도를 이루며 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)으로부터 편향된다.

본 발명에 따르면, 상기 제1 초점(16)(또는 상기 제1 초점(16)에 인접하게 위치된 지점)을 통하여 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 닿는, 상기 광선 빔(5) 중의 광선은 상기 주 광선(6)이며, 상기 광선 빔(5) 중 다른 광선들은 상기 추가 광선들이다. 예를 들어 주 광선(6)이 소거(blanked-out)되거나 제공되지 않아 부재하는 경우에, 이에 대응하여 개념적으로/가상으로 존재하는 주 광선(6)은 상기 초점(16)에 닿을 것이거나 상기 초점(16)에 인접하게 닿을 것이다. 상기 광선원(10)에 의해 발생되는 모든 광선들이, 예를 들어 상기 제1 시스템 영역(17), 상기 제2 시스템 영역(18) 및/또는 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 광선 빔(5)의 일부를 형성할 필요는 없지만, 상기 광선 빔(5)이 상기 광선원(10)에 의해 제공 또는 발생되는 광선들의 부분집합일 수 있다.

광선 빔(5) 중 추가 광선이 상기 제1 시스템 영역(17)으로부터 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)으로 편향되는 각도는 상기 광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 닿는 입사각(및/또는 입사 위치)에 종속된다. 따라서, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺혔던 광선 빔(5)의 발산은 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의한 상 맺힘 전의 동일 상기 광선 빔(5)의 발산과는 상이할(예를 들어 더 크거나 더 작을) 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의한 상 맺힘에 뒤따르는 상기 주 광선(6)과 함께 추가 광선에 의해 한정되는 각도는 상기 광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)(및 그것의 제1 시스템 영역(17) 각각)에 닿는 위치 및/또는 각도에 종속될 수 있다.

예를 들어 이의 결과로서, 상기 제1 초점(16)을 통과하는 주 광선(6)은 상기 주 광선(6)이 상기 제1 시스템 영역(17)에 닿는 입사각 및/또는 입사 위치에 독립적인 방향으로 편향된다. 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺힌, 본 명세서에 추가 광선들로 불리는, 광선 빔(5)들 중 다른 광선들은, 상기 제1 초점(16)을 통과하는 이 주 광선(6)에 상대적인 각도를 한정하고, 그 각도는 상기 광선 빔(5)의 상기 제1 시스템 영역(17) 상으로의 입사각 및/또는 입사 위치에 종속된다.

상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의한 상 맺힘 후에 광선 빔(5) 중의 주 광선(6)과 추가 광선 사이에서(또는 예를 들어 상기 주 광선을 갖는 평면을 한정하는 2개의 추가 광선들 사이에서) 한정되는 각도(발산각)는, 상기 상 맺힘 전의 발산각과는 상이하며, 예를 들어 상기 상 맺힘 전의 발산각보다 크거나 작다. 예를 들어 이의 결과로서, 상기 제1 초점(16)을 통하여 상기 광학 시스템(15)에 닿아 상 맺히는 발산성 광선 빔 또는 시준된 광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 수렴성 광선 빔(5)으로서 상 맺히거나, 또는 발산성 광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 더 낮은 발산을 가지는 발산성 광선 빔(5)으로서 상 맺힌다. 마찬가지로 예를 들어 수렴성 광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 수렴성 광선 빔(5)으로서 상 맺힐 수 있는바; 이 점에 있어서, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의한 상기 상 맺힘 후의 상기 광선 빔(5)의 수렴 속성은 상기 상 맺힘 전의 상기 수렴 속성보다 더 뚜렷이 구별될(more distinctive) 수 있다.

광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 수렴성 광선 빔(5)으로서 상 맺히면 이 수렴성 광선 빔(5)은 초점(5a) 또는 초점선(5a)을 형성할 수 있다. 상기 초점(5a)은, 상기 광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺힌 후에 상기 수렴성 광선 빔(5)의 여러 (예컨대 모든) 광선들이 수렴하는 지점일 수 있다. 상기 초점선(5a)은 상기 광선 경로 내에서 상기 발산-변화 장치 전의 그리고/또는 상기 발산-변화 장치 내의 그리고/또는 상기 발산-변화 장치 후의 요소들에 의해 초점이 형성되는 것이 방지되는 때에 나타나는 선일 수 있는바, 이는 상기 광학 시스템(15)이 본 발명에 따른(또는 이에 따라 구성되는) 추가 원통형 렌즈들 또는 추가 포물면형 거울들을 포함한다면 또는 상기 광선-형상기(34)의 거울들이 (예컨대 포물면형 거울들로서 형성되어) 적절한 원통형 굴절력을 가진다면 있을 수 있는 경우이다. 상기 설명을 간략화하기 위하여 "초점"이라는 용어는 하기에서 상기 초점(5a) 및 상기 초점선(5a) 모두에 대해 이용될 것이다.

상기 초점(5a)은 정확한 지점으로서 형성될 필요도 없으나, 상기 제1 시스템 영역(17)에 의해 야기되는 수차(aberrations)로 인하여 흐릿해질 수도 있다. 예를 들어 상기 수차는 상기 제2 시스템 영역(18)을 통하는 상기 광선의 적절한(예컨대 대칭적인) 지향에 의해 적어도 일부 보상될 수 있다. 반사 시스템(20)으로서 형성되는 광학 시스템(15)은 몇몇 용례에서, 굴절 시스템(25)으로서 형성되는 광학 시스템(15)보다 더 적합할 수 있는바, 왜냐하면 색수차/이미지 결함(image defects)이 전체적으로(at all) 덜 발생되거나 발생되지 않기 때문이다. 흐릿해진 "초점(focus)"(5a)이 형성되는 때에, 즉 초점이 더 큰 공간적 확장을 가지는 때에(즉 초점선의 경우에도), 광학 파워 밀도는 상기 초점(5a)의 영역 내에서 감소되는바, 이는 예를 들어 큰 파워 밀도를 가지는 광선원들과 관련하여 유리하다. 도 2 및 3에 도시된 예시적 실시예들에서, 몇몇 경우에 있어 "흐릿해진" 초점(5a/b)이 상기 제1 시스템 영역(17)에서의 제1 상 맺힘에 의해 형성되며(이는 상기 초점에서 더 낮은 파워 밀도의 결과로 됨), 상기 초점(5a/b)의 이 흐릿해짐은 상기 광학 시스템(15)의 대칭적 속성으로 인하여 상기 제2 시스템 영역(18)에서의 상 맺힘에 의해 다시 보상되는 것이 유리할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 초점(5a)은 상기 발산-변화 장치(1)의 광선 경로 내의 상기 발산-변화 장치(1) 외측에서만 발생할 수 있다. 예를 들면 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 상기 광선 빔(5)의 발산은, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의하여 상 맺히는 상기 광선 빔(5)은 수렴성일 수 있지만 상기 발산-변화 장치(1) 내에 실제 초점(5a)이 없게 되도록(이는, 예를 들어 하기에서 설명되는 바와 같이, 상기 광선 빔(5)의 제2 편향이 있기 전을 의미함) 하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 발산-변화 장치(1)의 광선 경로는, 수렴성 광선 빔(5)이 상기 발산-변화 장치(1) 외측까지 초점(5a)(그래서 예를 들어 작동 초점(working focus)일 수도 있음)을 형성하지 않거나, 또는 실제 초점(5a)을 절대 형성하지도 않지만 상기 발산-변화 장치(1)의 광선 경로 내에서 임의의 다른 간섭 없이 가상 초점(허초점; 5b)을 형성하게끔 상 맺힐 뿐인 방식으로 구성될 수 있다. 상기 초점(5a/b)은 상기 광선 빔(5)의 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상으로의 입사각에 따라 초점구역(예를 들어 초점면) 상에 배치될 수 있는바, 즉, 초점(5a/b)은 상기 광선 빔(5)의 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상으로의 입사각 및/또는 입사 위치에 따라 상기 초점 구역 내 다른 위치에서 배치될 수 있다. 초점구역은 만곡된 초점구역 또는 평면 초점구역(초점면)일 수 있다.

상기 가상 초점들(5b)에 대한 유사점으로써 그리고 그것의 결과로서, 상기 초점구역은 실제 초점구역(15a) 또는 가상 초점구역(15b)일 수 있으며, 상기 광선 빔(5)이 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들과의 임의의 다른 상호작용을 겪지 않았다면 실제 초점구역(15a) 또는 가상 초점구역(15b) 위에 상기 가상 초점들(5b)이 놓여질 수 있다.

본 발명에 따르면, 가상 초점(5b) 및 실제 초점(5a)(도 1과 비교)은 동시에 존재할 수도 있는바; 이 점에 있어서 상기 가상 초점(5b)은, 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들과의 상호작용이 없었다면 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 광선 빔(5)에 의해 형성될 초점일 수 있으며, 상기 실제 초점(5a)은, 그 위치가 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들과 상기 광선 빔(5)의 상호작용으로 인하여 상기 가상 초점(5b)의 위치와는 다른 초점일 수 있다.

본 발명에 따르면, 광선 빔들(5) 중 주 광선(6)이 상기 제1 초점(16)(또는 그것에 인접한 지점)을 통하여 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 닿는 광선 빔들(5)로서, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 모든 광선 빔들(5)의 초점들(5a)(및 각각의 가상 초점들(5b))이 (상기 가상 초점들(5b)에 대한 유사로서 가상 초점구역(15b)일 수 있는) 초점구역(15a) 상에 놓이도록 상기 광학 시스템(15)이 구성될 수 있다. 상기 초점구역(15a/b)의 속성들 및 위치는 상기 광학 시스템(15)의 광학 속성들의 결과이다. 상기 광학 시스템(15)은, 상기 초점구역(15a/b)이 만곡된 초점구역(15a/b)이거나 상기 광학 시스템(15)의 광축에 대하여 젖혀진 초점면(15a/b)일 수 있거나(예를 들어 상기 젖혀진 초점면은, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺힌 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 젖혀진 초점면(15a/b)의 법선 방향이 아닌 방향으로 상기 광선 빔(5)의 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상으로의 입사각에 독립적으로 상기 젖혀진 초점면(15a/b)에 닿도록 구성될 수 있음) 다른 초점면(15a/b)일 수 있는 방식으로 구성될 수 있다.

이에 따라, 상기 광학 시스템(15)의 제1 초점(16)을 통과하고 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 모든 광선 빔들(5)의 초점들(5a/b)은 만곡된 초점구역(15a/b) 상에 놓일 수 있다. 상기 만곡된 초점구역(15a/b)의 만곡부(curvature)는, 상기 광학 시스템(15)의 구성에 의해 야기될 수 있고, 예를 들어 포물선 방식으로 만곡된 초점구역(15a/b) 및/또는 포물면 방식으로 만곡된 초점구역(15a/b)일 수 있다. 상기 만곡된 초점구역(15a/b)은 대응되는 상기 광학 시스템(15)의 구성과 함께 다른 형태들을 취할 수도 있으며; 예를 들어 상기 만곡된 초점구역(15a/b)은 (포물선의 경우에서와 같은) 2가 아닌 다른 지수(exponent)를 갖는 함수(예컨대 다항식)에 의해 한정될 수도 있고; 상기 지수는 4 또는 6(또는 예를 들어 3 또는 5)일 수 있으며, 그리고/또는 2 내지 6의 범위 내의 유리수 값일 수도 있다. 또한 상기 만곡된 초점구역(15a/b)을 한정하는 함수의 포물선 파라미터 또는 다른 파라미터들과 같은 파라미터들도 자유로이 선택될 수 있다.

상기 발산-변화 장치(1)의 텔레센트릭 구성체(31)는 광선-편향 장치(30)를 포함한다. 상기 광선-편향 장치(30)는, 상기 광학 시스템(15)의 상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 광학 시스템(15)의 상기 제1 초점(16)에 가까이(예를 들어 인접하게, 예를 들어 접하여) 배치되며, 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 광선 빔(5)을 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상으로 편향시키도록 제공된다. 상기 광선-편향 장치(30)는, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상으로 편향되는 광선 빔(5)의 충돌 위치 및/또는 충돌각을 설정하도록 구성된다. 상기 광선 빔(5)의 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상으로의 충돌 지점 및/또는 충돌각을 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 설정함으로써 상기 광선-편향 장치(30)는 상기 광학 시스템(15)과 협동하여 (경우에 따라 가상 초점일 수 있는) 광선 빔(5)의 초점(5a/b)을 (경우에 따라 가상 초점구역일 수 있는) 초점구역(15a/b) 상에서 오프셋시키도록 기능할 수 있다.

예를 들어 상기 광선-편향 장치(30)는 일 자유도를 가진 회전가능한 거울(30)일 수 있다(즉, 예컨대 회전축(32)을 가질 수 있음). 상기 회전가능한 거울(30)을 회전시키기 위하여 상기 회전가능한 거울(30)은 (예를 들어 토크 방지 방식(torque proof manner)으로) 액추에이터에 연결될 수 있다. 상기 액추에이터는 예를 들어 스캐너 또는 검류계 구동기(scanner or a galvanometer drive)일 수 있으며, 이는 상기 회전가능한 거울(30)의 빠른 회전을 가능하게 할 수 있다. 상기 광선-편향 장치(30)는, 검류계 구동기(galvanometer drive)에 회전가능하게 연결된 거울을 포함하는 검류계 스캐너일 수 있다. 상기 광선-편향 장치(30)는 높은 양의 에너지/파워를 가진 광선 빔들(5)을 상 맺게 하기에 적합한 구성을 가질 수 있으며, 그리고/또는 적합한 재료들을 이용하여 제작될 수 있다.

게다가, 상기 발산-변화 장치(1)에는, 상기 광학 시스템(15) 상으로의 상기 광선 빔(5)의 입사각 및 입사 위치를 선택적으로 그리고 제어된 방식으로 각각 설정할 수 있는 방식으로 상기 광선-편향 장치(30)를 제어하기 위하여 본 발명에 따른 컨트롤러(50)(예를 들어 도 2 또는 4를 참조)가 제공될 수 있다. 상기 광선-편향 장치(30)가 예를 들어 액추에이터에 의해 회전가능한 회전가능한 거울(30)을 포함한다면, 상기 컨트롤러는 상기 액추에이터를 제어할 수 있으며, 이는 결국 상기 거울의 기계적 회전에 의한 미리 결정된 회전각만큼의 상기 거울의 회전을 발생시킬 수 있다. 덧붙여 상기 광선원(10)의 작동을 제어하기 위하여 상기 컨트롤러(50)는 상기 광선원(10)에 연결될 수도 있다. 상기 제2 시스템 영역(18)으로부터 상기 광선-편향 장치(30) 상으로 입사되는 광선 빔의 발산 및 발산 변화의 각각을 입력값 및/또는 알고리즘의 함수로서 설정할 수 있는 방식으로 상기 컨트롤러(50)가 구성될 수 있다. 예를 들어 상기 컨트롤러(50)에는 이용자에 의해 또는 다른 컨트롤러에 의해 원하는 발산값이 제공될 수 있고, 상기 컨트롤러는, 예를 들어 상기 광선 빔(5)의 실제 측정된 발산을 되먹임 변수로서 이용하는 되먹임 제어 또한 이용하여, 상기 광선-편향 장치(30)의 대응되는 설정에 의해 상기 발산을 설정할 수 있다.

상기 회전가능한 거울(30)은, 평면 거울로서 구성될 수 있거나 예를 들어 포물면형 거울 표면, 포물선형 거울 표면 또는 자유형 거울 표면과 같은 다른 기하구조를 가지는 거울 표면(30a)으로서 구성될 수 있는 제1 거울 표면(30a)을 포함할 수 있다. 예시적 실시예들에 따르면 상기 광선-편향 장치(30)는, 제1 거울 표면(30a) 및 제2 거울 표면(30b)을 구비한 회전가능한 이중 거울(30)로서 구성될 수도 있는바, 상기 제1 거울 표면(30a) 및 제2 거울 표면(30b)은 서로에 대하여 실질적으로 평행하게 배치될 수 있으며, 상기 거울 표면들의 각각의 법선 벡터들은 대향되는 방식으로 배치된다. 상기 제1 거울 표면(30a)은 상기 제2 거울 표면(30b)과의 각도를 한정할 수도 있다.

예를 들어 상기 광선-편향 장치(30)는 음향-광학 광선-편향 장치, 전기-광학 광선-편향 장치 또는 압전식으로 구동되는 광선-편향 장치일 수도 있으며, 또는 이들 중의 하나를 추가로 또는 대안으로서 포함할 수 있다.

상기 발산-변화 장치(1)는 광선-형상기(34)를 포함한다. 상기 광선-형상기(34)는, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺혔던 광선 빔(5)을 다시 상기 광학 시스템(15)을 통하여, 즉 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)을 통하여, 상기 광선-편향 장치(30)로 되돌리는 방식으로 구성된다. 예를 들어 상기 광선-형상기(34)는, 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)으로 편향되고 상기 광학 시스템(15)으로써 상기 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺힌 광선 빔(5)을 상기 광학 시스템(15)의 상기 제2 시스템 영역(18)으로 반사할 수 있다. 상기 광선-형상기(34)는, 상기 광선-형상기(34) 내에 입사된 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 광선-형상기(34)를 떠나는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)에 실질적으로 평행한 방식으로 구성될 수 있으며, 나오는 광선 빔(5)은 입사하는 것에 반대되는 전파 방향을 가질 수 있다. 상기 광선-형상기(34)는, 예를 들어 상기 제1 시스템 영역 및 상기 제2 시스템 영역(17)이 그것들의 광축들에 관하여 서로에 상대적으로 젖혀진다면 상기 광선-형상기(34)에 입사하는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 광선-형상기를 떠나는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)에 평행하지 않은 방식으로 구성될 수도 있으며, 상기 광선-형상기(34)는 상기 젖혀짐을 보상하는 방식으로 구성 및 배치된다.

상기 광선-형상기(34)는 그 위에 입사하는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이, 그로부터 나오는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)으로부터 거리를 두는 방식으로 구성 및 배치될 수 있고, 상기 입사 광선 빔(5) 중 주 광선(6) 및 상기 나오는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은, 광축을 포함하는 상기 광학 시스템(15)의 평면에 대하여 대칭적일 수 있다. 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 광선-형상기(34)는 그러한 대칭성이 없는 방식으로 구성 및 배치될 수도 있다.

상기 광선-형상기(34)는 상기 광학 시스템(15)에 대하여 정지 상태이고 토크-방지될 수 있다. 상기 광선-형상기(34)는 제1 광선-형상 거울(35) 및/또는 제2 광선-형상 거울(40)을 포함할 수 있다. 상기 제1 광선-형상 거울(35) 및/또는 상기 제2 광선-형상 거울(40)은 상기 광학 시스템(15)에 대하여 정지 상태일 수 있으며, 서로 간의 그리고/또는 상기 광학 시스템(15)과의 (예를 들어서 (변경불가능한) 한정된 각도를 각각 한정할 수 있다. 상기 제1 광선-형상 거울(35) 및/또는 상기 제2 광선-형상 거울(40)은 각각 평면 거울을 포함할 수 있거나 또는 하나가 평면 거울일 수 있다. 상기 광선-형상기(34)(예를 들어 상기 제1 광선-형상 거울(35) 및/또는 상기 제2 광선-형상 거울(40))는, 예를 들어 재료 가공에 이용되는 때에 높은 파워를 가진 레이저 방사를 반사하기 위해 적합한 방식으로 구성될 수 있다.

상기 제1 광선-형상 거울(35)은, 예를 들어 상기 텔레센트릭 구성체(31)의 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의한 실질적으로 텔레센트릭인 상 맺힘 후에, 예를 들어 상기 주 광선(6)에 대하여 실질적으로 45°의 각도에서 또는 다른 각도에서 상기 광선 빔(5)이 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 닿는 방식으로 구성될 수 있다. 상기 제1 광선-형상 거울(35)은, 상기 광학 시스템(15)에 의해 수렴 방식으로 상 맺히는 광선 빔(5)이 수렴 방식으로(즉, 기하학적으로 예를 들면, 상기 만곡된 초점구역(15a) 상에 상기 광선 빔(5)이 초점(5a)을 형성하기 전에) 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 닿거나 또는 발산 방식으로(즉, 기하학적으로 예를 들면, 상기 광선 빔(5)이 상기 만곡된 초점구역(15a) 상에 초점(5a)을 형성하고 상기 광선 빔(5)을 발산시킨 후에) 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 닿도록 배치될 수 있다. 상기 제1 광선-형상 거울(35)은, 그 위에 각도를 이루며 입사하는 광선 빔을 상기 제1 광선-형상 거울(35)이 편향시킴으로써 상기 제1 광선-형상 거울(35) 상에 입사하는 광선 빔(5)이 상기 제1 광선-형상 거울(35)로부터 나오는 광선 빔(5)과 (예를 들어 광선 빔(5) 중 주 광선(6)에 대하여) 각도를 한정하게 되는 방식으로 구성될 수 있다.

상기 제2 광선-형상 거울(40)은, 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 의해 편향되는 광선 빔(5)이 예를 들어 상기 주 광선(6)에 대하여 실질적으로 45°의 각도에서 또는 다른 각도에서 상기 제2 광선-형상 거울(40)에 닿는 방식으로 구성될 수 있다. 상기 제2 광선-형상 거울(40)은, 수렴 방식으로 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히고 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 의해 더 편향되는 광선 빔(5)이 수렴 방식으로(즉, 기하학적으로 예를 들면, 상기 광선 빔(5)이 상기 만곡된 초점구역(15a) 상에 상기 초점(5a)을 형성하기 전에) 상기 제2 광선-형상 거울(40)에 닿거나 또는 발산 방식으로(즉, 기하학적으로 예를 들면, 상기 광선 빔(5)이 상기 만곡된 초점구역(15a) 상에 상기 초점(5a)을 형성하고 상기 광선 빔(5)을 발산시킨 후에) 상기 제2 광선-형상 거울(40)에 닿도록 배치될 수 있다. 상기 제2 광선-형상 거울(40)은, 그 위에 각도를 이루며 입사하는 광선 빔을 상기 제2 광선-형상 거울(40)이 편향시킴으로써 상기 제2 광선-형상 거울(40) 상에 입사하는 광선 빔(5)이 상기 제1 광선-형상 거울(40)로부터 나오는 광선 빔(5)과 (예를 들어 광선 빔(5) 중 주 광선(6)에 대하여) 각도를 한정하게 되는 방식으로 구성될 수 있다.

다른 광선-형상 중간 거울들은 상기 제1 광선-형상 거울(35)과 상기 제2 광선-형상 거울(40) 사이에 배치될 수 있으며, 이를 통하여 상기 광선 빔(5)이 상기 제1 광선-형상 거울(35)로부터 상기 제2 광선-형상 거울(40)로 편향될 수 있다.

또한 상기 광선-형상기(34)는 2개의 광선-형상 거울들 외의 여러 광선-형상 거울들을 포함할 수도 있다.

본 발명의 예시적 실시예들에 따르면, 광선-형상 거울들(예를 들어 상기 광선 경로 내에서 상기 제1 시스템 영역(17) 후에 배치되는 상기 제1 광선-형상 거울(35), 및 상기 광선 경로 내에서 상기 제2 시스템 영역(18) 전에 배치되는 상기 제2 광선-형상 거울(40))에는, 높은 파워/에너지 밀도를 가지는 "점-형상의(point-shaped)" 초점(5a)이 형성되는 것을 방지하기 위하여 원통형 상 맺힘 특성(즉, 예를 들어 포물면형 거울들로서 형성될 수 있음)이 제공될 수 있다.

상기 광선-형상기(34)는 복수개의 프리즘들을 포함할 수도 있으며, 이들에 의해 광선 빔(5)은 예를 들어 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)으로부터 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)으로 편향된다.

상기 광선-형상기(34)는 적어도 하나의 렌즈(예를 들어 집광 렌즈(collecting lens)), 및 이 렌즈의 초점에서(또는 그에 인접하여) 배치되는 거울을 포함할 수도 있는바, 여기에서 상기 렌즈 및 상기 거울은, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)으로부터 와서 상기 광선-형상기(34)에 닿는 광선 빔(5)이 위에서 설명된 바와 같이 상기 광선-형상기(34)에 의해 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18) 상으로 편향되는 방식으로 구성 및 배치될 수 있다.

상기 광선-형상기(34)를 통하여 상기 텔레센트릭 구성체(31)의 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)에 닿는 광선 빔(5)은 상기 광학 시스템(15)(및 그것의 제2 시스템 영역(18) 각각)에 의해 기능적으로 반전된 방식(functionally reversed manner)으로(예를 들어 반전된 텔레센트릭 방식으로) 상 맺힐 수 있으며, 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)으로부터 상기 광학 시스템(15)의 상기 제1 초점(16)으로 다시 편향될 수 있으며, 상기 광선 빔(5) 중 다른 광선들은, 상기 제1 초점(16) 상으로 상 맺히는 주 광선에 대하여 각도를 이루며 상 맺힐 수 있음으로써, 수렴성, 시준된, 또는 발산성 광선 빔(5)이 발생될 수 있다. 따라서 상기 발산-변화 장치를 떠나는 광선 빔의 발산은, 상기 광선-편향 장치의 편향각의, 설정 영역(setting region) 내에서의 설정으로써 설정될 수 있다. 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들(예를 들어 광선원(10), 광학 시스템(15), 광선-편향 장치(30), 광선-형상기(34))은 상기 광선원(10)에 의해 발생되는 광선 빔(5)이 직접적으로(본 명세서에서 "직접적으로"는 공기 또는 다른 기체와 같은 매질을 제외하고는 2개의 구성요소들 사이에 다른 광학 구성요소가 배치되어 있지 않다는 것을 뜻할 수 있음) 상기 광선-편향 장치(30)에 선택적으로 닿을 수 있는 방식으로 배치될 수 있다.

상기 광선-편향 장치(30)는 상기 광학 시스템(15)의 제1 초점(16)에서 배치되거나 또는 상기 제1 초점(16)에 (예를 들어 가까이) 인접하며, 그리고 상기 광선-편향 장치(30)가 상기 광선 빔(5)을 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상으로 편향시키는 방식으로 구성된다. 상기 광선 빔(5)은 광선-편향 장치(30)에 의해, (광선-편향 장치(30)로서의 회전가능한 거울의 경우에, 예를 들어 상기 회전가능한 거울(30)의 회전각에 따라) 상이한 입사각(및/또는 상이한 위치)에서 상기 광학 시스템(15)에 닿을 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 이 결과로 상기 광선 빔(5)은 상기 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺기 전에 비교하여 더 낮은 발산을 가진 채, 광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)으로부터 나오는 방식으로 상 맺힌다. 상기 광선 빔(5)이 수렴성 광선 빔(5)으로서 상 맺힌다면 상기 광선 빔은 (예를 들어 가상) 초점(5a/b)을 형성할 수 있으며, 이는, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상으로의 상기 광선 빔(5)의 입사각에 따라 (경우에 따라 가상 초점구역일 수 있는) 만곡된 초점구역 또는 (경우에 따라 가상 초점면일 수 있는) 젖혀진(예를 들어 가상) 초점면(15a/b) 상에 놓일 수 있다. 예를 들어 상기 젖혀진 초점면(15a/b)은 상기 광학 시스템(15)의 광축에 대하여 젖혀질 수 있는바, 즉 상기 광축은 상기 초점면의 법선 방향이 아닌 방향으로 상기 젖혀진 초점면과 교차할 수 있다. 따라서 상기 광선 빔(5)의 (가상)초점(5a/b)은 상기 광선-편향 장치(30)에 따라 상기 (가상) 초점구역/초점면(15a/b) 상에서 오프셋될 수 있다.

상기 발산-변화 장치(1)는, 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 상이한 입사각들(및/또는 상이한 입사 위치들)에서 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 공급됨으로써, 상기 광선원(10)에 의해 제공되는 광선 빔(5)의 (예를 들어 가공물 표면 상의) 작동 초점을 설정하도록 제공될 수 있으며, 그럼으로써 상기 광학 시스템(15)에 의해 상 맺히는 광선 빔(5)의 발산이 설정될 수 있다. 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 상기 광선 빔(5)은 상기 광선-형상기(34)에 의해 다시 상기 광학 시스템(15)으로 (상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18) 상으로) 편향될 수 있고, 기능적으로 반전된 텔레센트릭 방식으로 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)에 의해 상 맺힐 수 있음으로서 상기 상 맺힌 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은 상기 제1 초점(16)(또는 상기 초점(16)에 인접한 지점)에서 다시 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는다. 그에 의하여, (상기 제2 시스템 영역(18)으로부터 온) 상기 광선-편향 장치(30)로부터 나오는 광선의 출력 위치 또는 출력 방향은, 상기 광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 닿는 입사각 및 입사 위치 각각에 실질적으로 독립적으로, 일정하게 유지된다. 따라서 상기 광선 빔(5)의 전파 방향을 따라 위치 조절가능한 초점은, 예를 들어 추가 초점 잡기 장치(additional focusing device)를 구비하거나 구비하지 않은 발산-변화 장치(1)를 이용하여 상기 발산-변화 장치(1) 외측의 작동 평면(working plane) 내에서 실현될 수 있으며, 여기에서 상기 광선-편향 장치(30)로부터 나오는 광선의 위치 및 방향은 일정하고 (상기 광학 시스템(15)에 의한 이중 상 맺힘(double imaging) 후의) 상기 초점의 위치에 독립적일 수 있다.

달리 말하자면, 상기 초점구역(15a/b)의 만곡 또는 젖혀짐은, 상기 발산-변화 장치(1)를 통과하는 동안에 통틀어 발생하는 상기 광선 빔(5)의 전체 발산 변화가, 설정된 바와 같은 상기 광선-편향 장치(340)의 편향각에 종속하는 결과로 될 수 있다. 실(즉 실제의)초점(5a)(중간 초점) 또는 실초점선(5a)(중간 선 초점)이 발생되는 실시예들에서 발산 변화의 이유는, 상기 초점(5a)으로부터 상기 제2 시스템 영역(18)으로의 상기 주 광선(6)을 따르는 경로의 조절가능한 경로 길이에 있다(상기 초점 및 초점선(5a) 각각이 가상으로만(가상 초점으로만) 형성된다면 상기 설명은 유추에 의해 적용된다). 이 경로 길이는, 상기 초점구역(15a/b)의 만곡 또는 젖혀짐으로 인하여 달라지며, 상기 상기 광선-편향 장치(30)의 편향각을 선택함으로써 설정될 수 있다. 이로써 상기 초점(5a/b)은 상기 제2 시스템 영역(18)에 의해 상이한 발산각들에 대응되는 상이한(음의 또는 양의) 거리들에서의 지점들 상으로 상 맺힌다. 이 목적으로, 상기 제2 시스템 영역(18)의 상 맺힘 특성들이, 상기 제1 시스템 구역(17)에 의해 완전히 야기된(예를 들어 심지어 그것을 강화한) 상기 초점구역(15a/b)의 만곡 또는 젖혀짐을 보상하지 않는 점이 필요하다. 예를 들어 이것은, 도 1 내지 5에 도시된 발산-변화 장치들(1)에서, 예를 들어 2개의 대칭적이거나 유사한(예를 들어 확대/축소된(scaled)) 대물렌즈 이분체들(objective halves) 또는 동일하게 배향된 포물면 분절들과 같이, 동일한 유형의 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)이 이용된다면, 또는 상기 시스템 영역들(17 및 18)이 모놀리식으로 일체로 된 축-대칭 포물면들(monolithically integral axis-symmetrical paraboloids) 또는 모놀리식으로 일체로 된 축-대칭 렌즈 시스템들이라면, 사실일 수 있다.

상기 발산-변화 장치(1)는, 상기 광선 빔의 초점(5a)이 상기 광학 시스템(15)과 상기 제1 광선-형상 거울(35) 사이, 상기 제1 광선-형상 거울(35)과 상기 제2 광선-형상 거울(40) 사이(예를 들어 상기 광선 경로 내에서 광선-형상 중간 거울 전 또는 후에(아래를 참조)), 및/또는 상기 제2 광선-형상 거울(40)과 상기 광학 시스템(15) 사이에 나타나는 방식으로 배치 및 구성될 수 있으며, 그리고/또는 상기 발산-변화 장치(1)는, 초점이 상기 발산-변화 장치(1) 외측에서만 나타나고 그리고/또는 실초점 및/또는 가상 초점(5a/b)이 나타나지 않는 방식으로 구성될 수 있다.

상기 발산-변화 장치(1)의 모든 구성요소들은, 그것들이 상기 광선 빔(5)의 초점(5a)으로부터 원격에 배치됨으로써 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들에 노출되는 최대 전자기적 파워 밀도(세기(intensity)) 또는 최대 전자기적 에너지 밀도(펄스된 방사를 가짐)가 감소될 수 있는 방식으로 배치될 수 있다. 그럼으로써, 상기 발산-변화 장치(1)는, 예를 들어 재료 가공을 위하여 요구될 수 있는 바와 같은 강한 광선원들(10)(예를 들어 고성능 광선원들)과 함께 이용되기에 적합할 수 있다.

상기 발산-변화 장치(1)(및 상기 광학 시스템(15) 각각)은 예컨대 상기 광선 경로 내의 하나 이상 원통형 렌즈들과 같은 추가 광학 구성요소들을 포함할 수 있는바, 이에 의해, "점-형상" 초점(5a)이 실제로 형성되는 것이 방지될 수 있으며, 이는 한 지점에서의 높은 파워 밀도를 회피하기 위함이다. 예를 들어 원통형 상 맺힘 특성을 가진 제1 광학 요소가 상기 광선 경로 내에 상기 제1 광선-형상 거울(35) 후에 배치될 수 있으며, 상기 제1 광학 요소에 실질적으로 대응되는 기능적으로 반전된 원통형 상 맺힘 특성을 포함하는 다른 광학 요소가 상기 광선 경로 내에 상기 제2 광선-형상 거울(40) 전에(또는 더 일반적인 방식으로는 예를 들어 상기 광학 시스템(15)에 의한 제2 상 맺힘 전에 상기 광선 경로 내의 마지막 광선-형상 거울 전에) 배치될 수 있다. 따라서 상기 초점은 가상 초점선(5b)일 수 있으며 그리고/또는 (실)초점선(5a)일 수 있다.

상기 광선원(10), 상기 광학 시스템(15), 상기 광선-편향 장치(30) 및 상기 광선-형상기(34)는 그것들 사이에 다른 광학 구성요소들이 배치되지 않는 방식으로 배치될 수 있는바, 즉, 그것들은 광선 경로 내에서 직접적으로 잇따라 배치될 수 있다. 예를 들어 양의 굴절력을 가지는 광학 구성요소(예컨대 집광 렌즈)는, 상기 광선 경로 내에 상기 광선원(10)과 상기 광선-편향 장치(30) 사이에서 또는 상기 광선 경로 내에서 상기 광학 시스템(15)에 의한 제2 상 맺힘 후에, 예를 들어 상기 광선-편향 장치(30)에 의한 (제2) 편향 후에, 또는 다른 위치에서 제공될 수 있으며, 그리고/또는 (동시에 또는 대안으로서) 음의 굴절력을 가지는 광학 구성요소(예컨대 산광 렌즈(dispersing lens))는, 상기 광선 경로 내에서 상기 광선원(10)과 상기 광선-편향 장치(30) 사이에서 또는 상기 광선 경로 내에서 상기 광학 시스템(15)에 의한 제2 상 맺힘 후에, 예를 들어 상기 광선-편향 장치(30)에 의한 (제2) 편향 후에, 또는 다른 위치에서 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 광선-편향 장치(30), 상기 광학 시스템(15) 및 상기 광선-형상기(34)는, 상기 광선원(10)으로부터 나와서 상기 광선-편향 장치(30)에 처음으로 닿는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 제1 반직선(예를 들어 직선)을 따라 그것에 닿는 방식으로 배치 및 구성될 수 있다. 상기 제1 반직선의 종점은 상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하여 놓여질 수 있으며, 상기 광선원(10)으로부터 나와 상기 제1 반직선을 따라 상기 제1 반직선의 종점을 향하여 연장되는 상기 광선 빔(5)은 상기 광선-편향 장치(30)에 닿을 수 있다. 상기 제2 광선-형상 거울(40)은, 상기 광선 빔(5)이 상기 광학 시스템(15)에 다시 닿고, 즉 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)에 닿음으로써 이 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)을 통하여 상기 제1 초점(16)(또는 거기에 인접한 곳) 상으로 다시 편향되어 상기 광선-편향 장치(30)에 다시 닿도록, 그리고 이 광선 빔(5) 중 추가 광선들(또는 상기 추가 광선들 중 일부)이 상기 광선-편향 장치(30)에 다시 닿도록, 상기 광선 빔(5)이 편향되는 방식으로 배치될 수 있다. 그 후, 이 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은 상기 광선-편향 장치(30)로부터 멀리 제2 반직선(예를 들어 제2 직선)을 따라 편향될 수 있는바, 상기 제2 반직선의 종점은 상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하여 놓여질 수 있으며, 여기에서 상기 제2 반직선은, 상기 광학 시스템(15) 상으로의 상기 광선 빔(5)의 입사각 및 입사 위치에 독립적인 일정하고 독립적인 위치를 가지며, 이에 대응되어 상기 추가 광선들(또는 상기 추가 광선들 중 일부)이 편향될 수 있다. 위에서 설명된 제2 반직선은 많아야 하나의 공통 지점(예를 들어 상기 제1 반직선 및 상기 제2 반직선의 종점들이 상기 제1 초점(16)에서/에 인접하여 수렴할 수 있음)을 제외하고는 상기 제1 반직선과 동일하지 않지만, (예를 들어 도 5에 도시되고 아래에서 더 상세하게 설명되는 예시적 실시예에 기초한 발산-변화 장치(1)에서는) 상기 제1 반직선에 대하여 동일선 상에 있을 수 있다. 그럼으로써, 상기 광학 시스템(15)으로부터 와서 상기 광선-편향 장치(30)를 떠나는 상기 광선 빔(5)은, 상기 광선원(10)으로부터 오는 광선 빔(5)으로부터 물리적으로 분리되며, 실질적으로 일정한 방향 및 위치로 상기 광선-편향 장치(30)를 떠날 수 있다.

도 1에는, 상기 광학 시스템(15)이 굴절 시스템(25)으로서 제공되고, 상기 광선-편향 장치(30)가 제1 거울 표면(30a)을 갖는 회전가능한 거울(30)로서 제공되고, 상기 광선-형상기(34)가 제1 광선-형상 거울(35) 및 제2 광선-형상 거울(40)로서 형성되는, 본 발명의 실시예가 개략적으로 도시된다. 여기에서 상기 굴절 시스템(25)은 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)을 포함하는 바, 상기 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)은 모놀리식으로 일체식으로 형성된다. 도 1a에는 위로부터의 이 발산-변화 장치(1)의 도면이 도시되고, 도 1b에는 실질적으로 동일한 발산-변화 장치(1)의 측면도가 도시된다.

예를 들어 상기 굴절 시스템(25)은 제1 초점(16)을 가지는 대물렌즈(예를 들어 렌즈 시스템)일 수 있다. 상기 제1 초점(16)은 굴절 시스템(25)에 대하여 유한 거리에 있을 수 있다. 상기 굴절 시스템(25)에는 편측(one-side) 텔레센트릭 구성체(31)로서 상기 회전가능한 거울(30)이 제공된다. 여기에서 상기 굴절 시스템(25)은, 상기 제1 초점(16)을 통하여 상기 굴절 시스템(25)의 제1 시스템 영역(17)에 닿는 상기 광선 빔(5) 중 광선(주 광선(6))이 입사각에 독립적으로 실질적으로 일정한 방향으로 편향되고 상기 제1 초점(16)을 통하여 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 닿지 않는 상기 광선 빔(5) 중 광선들(추가 광선들)이, 상기 굴절 시스템(25)에 의한 상 맺힘 전의 발산과는 상이한(즉, 더 크거나 더 작은), 상기 주 광선(6)에 대한 발산을 가진 채 상 맺히는 방식으로 구성된다. (도 1에도 도시된 바와 같이)수렴 방식으로 상기 굴절 시스템(25)의 제1 시스템 영역(17)을 떠나는 광선 빔(5)의 경우에서 상기 광선 빔(5)의 초점이 발생할 수 있다. 도 1a 및 1b로부터, 상기 광선 빔(5)이 상기 굴절 시스템의 제1 시스템 영역(17)에 의해 가상 초점(5b) 상에 상 맺히지만, 상기 수렴하는 광선 빔(5)은 상기 제1 광선-형상 거울(35)의 배치 및 구성으로 인하여 상기 가상 초점(5b)과는 다른 위치를 가지는 실제 초점(5a)이 발생하는 방식으로 편향된다는 점이 보여질 수 있다.

상기 굴절 시스템(25)(및 그것의 상기 제1 시스템 영역(17) 각각)은, 상기 광선 빔(5)의 모든 가상 초점들(5b)이 만곡된 가상 초점구역(15b) 상에 놓여지고, 상기 가상 초점구역(15b) 상의 가상 초점(5b)의 위치는 상기 광선 빔(5)이 상기 굴절 시스템(25)에 닿는 입사각에 종속되는 방식으로 구성된다. 이에 따라 또한 상기 실제 초점들(5a)이 대응되게 만곡된 초점구역(15a)(도 1b와 비교) 상에 놓이는바, 그런데 상기 대응되게 만곡된 초점구역(15a)은 광선-형상 거울(35)로 인하여 상기 가상 초점구역(15b)과는 다른 위치 및 배향을 가진다.

상기 굴절 시스템(25)으로의 상기 광선 빔(5)의 입사각을 조절하기 위하여, 상기 회전가능한 거울(30)은, 상기 광선원(10)으로부터 상기 회전가능한 거울(30)(즉, 그것의 상기 제1 거울 표면(30a)) 상으로 입사하는 광선 빔(5)이 상기 회전가능한 거울(30)(및 상기 제1 거울 표면(30a) 각각)에 의해 상기 굴절 시스템(25)에 상기 제1 시스템 영역(17) 내에 공급되는 방식으로, 즉 상기 굴절 시스템(25)의 제1 시스템 영역(17) 상으로의 상기 광선 빔(5)의 입사각이 상기 회전가능한 거울(30)(및 상기 제1 거울 표면(30a) 각각)의 회전각에 종속되는 방식으로, 제공된다. 위에서 설명된 바와 같이 상기 제1 광선-형상 거울(35) 및 상기 제2 광선-형상 거울(40)은, 상기 굴절 시스템(25)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺힌 광선 빔(5)이 상기 굴절 시스템(25) 상으로, 즉 그것의 상기 제2 시스템 영역(18) 상으로 다시 편향되는 방식으로 배치된다. 이 점에 있어서 상기 광선 빔(5)은, 그것이 상기 제1 시스템 영역(17) 내에서 상기 굴절 시스템(25)을 떠났던 곳과 동일측에서 상기 굴절 시스템(25)의 제2 시스템 영역(18)에 닿는 방식으로 편향된다. 상기 제2 시스템 영역(18)에 닿는 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은 다시 상기 제1 초점(16) 상으로 편향되며, 거기서(또는 거기에 인접하여) 상기 회전가능한 거울(30)의 제1 거울 표면(30a)에 다시 닿는다. 이에 대응되어 상기 광선 빔(5) 중 추가 광선들이 편향된다(상 맺힌다). 따라서 상기 광선 빔(5) 중 광선들의 발산은, 상기 굴절 시스템(25)에 의한 반복된 반전 상 맺힘(repeated, reverse imaging)에 의해 증가 또는 감소되거나 변화되지 않을 수 있다.

도 2에는, 상기 텔레센트릭 구성체(31)의 광학 시스템(15)이 포물면형 거울(20)을 구비한 반사 시스템(20)으로서 구성되는 본 발명의 실시예가 도시되며, 상기 반사 시스템(20)은 도 1에 도시된 바와 유사하게 광선-편향 장치(30)로서 제1 거울 표면(30a)을 갖춘 회전가능한 거울(30), 및 상기 광선-형상기(34)로서 제1 광선-형상 거울(35) 및 제2 광선-형상 거울(40)을 포함한다. 상기 포물면형 거울(20)은 제1 초점(16) 및 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)을 구비하고, 여기서 상기 제1 초점(16)은 상기 포물면형 거울(20)에 대하여 유한 거리에 있다. 상기 포물면형 거울(20)은, 상기 제1 초점(16)을 통하여(또는 상기 제1 초점(16)에 인접한 지점을 통하여) 상기 포물면형 거울(20)에 닿는 광선이 상기 광선의 입사각(및 입사 위치)에 실질적으로 독립적인 방향으로 상기 포물면형 거울(20) 상으로 반사됨으로써 그러한 광선들이 실질적으로 서로에 평행하고 서로로부터 거리를 두는 일정한 방향으로 편향되는 특징을 가진다. 여기서 상기 포물면형 거울(20)은 형상 및 반사면을 가지며, 각각은 포물면 방정식(paraboloid equation)에 의해 실질적으로 형성(describe)된다. 도 2 및 3에 대하여, 상기 포물면형 거울(20)은 포물면 형상(및 반사면 각각)을 가질 수 있으며, 예를 들어 그것은 회전 포물면 표면(rotation paraboloid surface)을 가질 수 있다. 상기 제1 초점(16)을 통하여 상기 포물면형 거울(20)에 닿는 광선들은 상기 포물면형 거울(20) 상으로의 입사각 및 입사 위치에 독립적인 방향으로 편향되고, 상기 제1 초점(16)을 통하여 상기 포물면형 거울(20)에 닿지 않는 광선들은 상기 제1 초점(16)을 통하여 상기 포물면형 거울(20)에 닿는 광선들에 대해 각도를 이루며 편향된다는 점은 상기 포물면형 거울(20)의, 하나의 상 맺힘 특성이다. 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들의 기하학적 치수들(예를 들어 상기 포물면형 거울(20)의 기하학적 치수, 즉 예를 들어 본 발명에 따른 (회전(rotational)) 포물면형 거울(20)이 생성(span)하는 회전각)은, 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들의 기하학적 치수들이 실질적으로 최소 요구 치수들에 해당하는 방식으로, 상기 발산-변화 장치(1)의 원하는 속성들에 따라 선택될 수 있다.

도 2 및 3에 도시되는 상기 발산-변화 장치(1)의 텔레센트릭 구성체(31)는, 제1 거울 표면(30a)을 구비한 회전가능한 거울(30)로서 형성되는 광선-편향 장치(30), 및 제1 광선-형상 거울(35) 및 제2 광선-형상 거울(40)로서 형성되는 광선-형상기(34)를 포함한다. 도 2 및 3에 따르면, 광선 빔(5)은 상기 광선원(10)으로부터 상기 회전가능한 거울(30)의 제1 거울 표면(30a)에 닿고 그것에 의해 상기 포물면형 거울(20)의 제1 시스템 영역(17) 상으로 편향되는바, 여기에서 상기 회전가능한 거울(30)(및 그것의 제1 거울 표면(30a) 각각)은 상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 제1 초점(16)에 가까이(예를 들어 인접하여) 배치될 수 있다. 상기 회전가능한 거울(30)의 제1 거울 표면(30a)의 회전각의 함수로서, 상기 광선 빔(5)은 상이한 입사각들에서 (그리고 따라서 상이한 입사 위치들에서) 상기 포물면형 거울(20)의 제1 시스템 영역(17)에 닿는다. 상기 제1 초점(16)을 통하여 상기 포물면형 거울(20)에 닿는 광선(주 광선)은 상기 포물면형 거울(20)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상기 광선의 입사각 및 입사 위치에 각각 독립적이고 일정한 방향으로 반사되며, 상기 제1 초점(16)을 통하여 (예를 들어 직접적으로) 지나가지 않는 광선은 상기 주 광선(6)에 상대적으로 각도를 이루며 벗어난다. 따라서 상기 광선원(10)으로부터 오는 광선 빔(5)은, 상기 광선 빔(5)이 상기 포물면형 거울(20)의 제1 시스템 영역(17)에 닿기 전에 상기 광선 빔(5)이 가졌던 발산보다 작은 발산을 여기에서 가진 채로 상기 포물면형 거울(20)을 떠나는 방식으로 상기 포물면형 거울(20)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 반사되는바; 그런데 이 점에 있어서 다른 예시적 실시예들에서의 발산도 상 맺힘 전의 발산보다 더 클 수 있다. 수렴하는 광선 빔(5)의 경우에, 광선 빔(5) 중 주 광선(6)에 대하여 각도를 이루며 반사되는 상기 광선 빔(5) 중 광선들이 교차하는 지점에 초점(5a)이 있을 수 있거나, 또는 상기 광선 빔(5)에 대한 임의의 다른 영향 없이 상기 광선들이 교차하는 지점에 가상 초점(5b)이 있을 수 있다. 상기 포물면형 거울(20)이, 예를 들어 그 반사면을 따라 포함할 수 있는 상이한 만곡부들로 인하여, 상기 포물면형 거울(20)에 의해 반사되는 광선 빔(5)의 발산은 상기 광선 빔(5)의 상기 포물면형 거울(20) 상으로의 충돌 지점에 종속될 수 있다. 수렴하는 광선 빔(5)으로서 상기 포물면형 거울(20)에 의해 상 맺히는 광선 빔(5)의 경우에 (예를 들어 가상의) 만곡된 초점구역(15a/b)이 발생할 수 있는바, 그 위에 상기 반사된 광선 빔(5)의 (가상) 초점들(5a)이 존재할 수 있다. 가상 초점구역(15b)은 도 2에 파선을 이용하여 정성적이고 개념적인 방식으로 도시되는바; 이 점에 있어서 상기 초점구역은 상이한 방식으로 형성될 수도 있으며, 예를 들어 상기 초점구역(15b)은 도시된 만곡부와는 상이한 만곡부를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 회전가능한 거울(30)의 회전(그리고 결과적으로 상기 제1 거울 표면(30a)의 회전)에 의해 광선 경로가 상기 발산-변화 장치(1) 내에서 선택될 수 있으며, 이것은 상기 (예를 들어 가상) 초점구역(15a/b) 내의 (예를 들어 가상) 초점(5a/b)의 선택에 대응될 수 있다. 상기 포물면형 거울(20) 상에서 반사된 광선 빔(5)이 상기 제1 광선-형상 거울(35) 상에 입사하고 상기 광선 빔(5)이 상기 입사 광선 빔(5)에 대해 각도를 이루며 나오는 방식으로 구성 및 배치되는 제1 광선-형상 거울(35)이 제공된다. 예를 들어 상기 제1 광선-형상 거울(35)은, 상기 포물면형 거울(20)에 의해 상기 포물면형 거울(20)의 제2 초점에 대하여 편향되고 상기 제1 광선-형상 거울(35) 상에 입사하는 상기 광선 빔(5) 중 주 광선이 상기 입사 주 광선에 대하여 실질적으로 대략 90°의 각도를 이루며 편향되며 예를 들어 상기 광선 빔(5) 중 모든 추가 광선들이 이에 대응되어 그것들 개별의 입사각에 따라 편향되는 방식으로 배치될 수 있다.

이 예시적 실시예에 따르면, 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 의해 편향되는 광선 빔(5)이 상기 제2 광선-형상 거울(40) 상에 입사하고 상기 제2 광선-형상 거울(40)에 의해 편향되는 방식으로 구성 및 배치되는 제2 광선-형상 거울(40)이 제공된다. 예를 들어 상기 제2 광선-형상 거울(40)은, 상기 제2 광선-형상 거울(40)로부터 나오는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이, 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 닿는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)에 평행하고, 상기 제2 광선-형상 거울(40)로부터 나오는 광선이 상기 포물면형 거울(20), 예를 들어 상기 포물면형 거울(20)의 제2 시스템 영역(18)에 다시 닿는 방식으로 배치 및 구성될 수 있다. 상기 포물면형 거울(20)의 제2 시스템 영역(18)에 입사하는, 상기 제2 광선-형상 거울(40)에 의해 편향된 광선 빔(5)은 결국 상기 포물면형 거울(20)에 의해, 즉, 상기 포물면형 거울(20)의 상기 제2 시스템 영역(18)에 의해 상 맺힌다. 상기 광선 빔(5)은, 상기 제2 광선-형상 거울(40)로부터 상기 포물면형 거울(20) 상에 입사하는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 포물면형 거울(20)의 제2 시스템 영역(18)에 의해 상기 포물면형 거울(20)의 상기 제1 초점(16) 상으로 상 맺히는 방식으로 상 맺힌다. 상기 주 광선(6)에 평행하지 않은 상기 광선 빔(5) 중 추가 광선들은, 상기 제1 초점(16)에 상 맺히는 주 광선에 대하여 각도를 이루며 상 맺히며, 그럼으로써 상기 광선 빔(5)의 발산은 변화될 수 있다.

상기 포물면형 거울(20)의 제2 시스템 영역(18)에 의해 반사된 광선 빔(5)으로서 그 중 주 광선이 상기 제1 초점(16) 상으로 상 맺히는 광선 빔(5)은 상기 회전가능한 거울(30)의 제1 거울 표면(30a) 상에 다시 입사하고 그것에 의해 편향되어 상기 발산-변화 장치(1)를 떠날 수 있는바(예를 들어 도 3을 참조), 여기서 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은 상기 회전가능한 거울(30)의 제1 거울 표면(30a)에 의해 편향됨으로써 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이, 상기 회전가능한 회전식 거울(30)의 회전각에 독립적인 (가상의) 선 상에 놓인다.

상기 광학 시스템(15)으로서 포물면형 거울(20)을 이용할 때, 상기 발산-변화 장치(1)는 색 수차(chromatic errors) 및 분산에 의한 임의의 영향 없이 실질적으로 작동될 수 있는바, 이는 상기 광선 빔(5)이 투과 방식(transmissive way)으로 재료를 통하도록 안내되지 않기 때문이다. 덧붙여 비선형적 광학 영향들(non-linear optical influences)은 상기 발산-변화 장치(1) 내에서 회피될 수 있으며, 상 맺힘 장 곡률(image field curvature)(예를 들어 (가상) 초점구역(15a/b)의 속성들)은, 실질적으로 상기 포물면형 거울(20)의 기하학적 속성들 및 반사 속성들에 의해서만 배타적으로 영향을 받을 수 있으며, 그럼으로써, 펄스된 높은-파워 광선원들과 관련된 정확한 발산 변화 및 작동이 가능할 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 광학 시스템(15)은, 여러 반사면들(21, 22), 예를 들어 상기 제1 시스템 영역(17)으로서 제1 반사면(21), 및 상기 제2 시스템 영역(18)으로서 제2 반사면(22)을 구비한, 포물면형 거울(20)을 포함할 수 있다. 상기 제1 반사면(21) 및/또는 상기 제2 반사면(22)은 상이한 포물면 함수들에 의해 한정될 수 있는바, 즉 그것들은 상이한 포물면 파라미터들 및/또는 상이한 지수들을 가지는 함수들에 의해 한정될 수 있다. 상기 지수는 예를 들어 2의 값을 실질적으로 취할 수 있거나, 또는 예를 들어 약 1.8 내지 약 2.2의 범위 내의 값을 취할 수 있다. 상기 제1 반사면(21)은 제1 반사면 초점을 가질 수 있으며, 상기 제2 반사면(22)은 제2 반사면 초점을 가질 수 있다. 상기 제1 반사면(21) 및 상기 제2 반사면(22)은, 그것들의 피크(peak)들이 한 지점 내에 놓이거나 상이한 지점들에서 배치되는 방식으로 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 반사면(21) 및 상기 제2 반사면(22)은, 그것들의 개별의 초점들, 즉 상기 제1 반사면 초점 및 상기 제2 반사면 초점이 수렴하여 함께 상기 광학 시스템(15)의 상기 제1 초점(16)을 형성하는 방식으로 배치될 수 있다. 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들은, 도 4에 따라 상기 회전가능한 거울(30)의 제1 거울 표면(30)으로부터 상기 광선 빔(5)이 상기 제1 반사면(21)(즉 상기 제1 시스템 영역(17))에 닿고, 상기 제1 광선-형상 거울(35) 및 제2 광선-형상 거울(40)에 의한 편향 후에 상기 광선 빔(5)이 상기 제2 반사면(22)(즉, 상기 제2 시스템 영역(18))에 닿는 방식으로 배치된다. 도 4에 도시된 바와 같이 상기 광선 빔(5)의 직경의 확장(증가) 또는 축소(감소)는, 발산 변화에 덧붙여, 예를 들어 상기 제1 반사면(21) 및 상기 제2 반사면(22)을 한정하는 2개의 함수들의 파라미터들 및/또는 지수들의 상이한 선택에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반사면(21)을 한정하는 함수의 포물선 파라미터(그 포물선 파라미터는, 예를 들어 2의 승수로 실질적으로 높여지고, 포물면을 형성(describe)하는 함수의 일부를 형성하는 변수로 곱해진 상수임)에 대하여, 상기 제2 반사면(22)을 한정하는 함수의 포물선 파라미터에 대한 값보다 더 큰 값이 선택된다면 상기 광선원(10)으로부터 오는 광선 빔(5)의 직경의 확장이 달성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 반사면(21)을 한정하는 함수의 포물선 파라미터에 대하여, 상기 제2 반사면(22)을 한정하는 함수의 포물선 파라미터에 대한 값보다 더 작은 값이 선택된다면 상기 광선원(10)으로부터 오는 광선 빔(5)의 직경의 축소가 달성될 수 있다. 더 효율적인 광선 확장 및 발산-변화를 위하여 상기 제1 광선-형상 거울(35)은 상기 제2 광선-형상 거울(40)과는 상이한 크기를 가질 수 있으며, 예를 들어 상기 제2 광선-형상 거울(40)은, 상기 제1 광선-형상 거울(35)의 거울 표면보다 더 큰 크기를 가지는 거울 표면을 가질 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 물론, 위에서 설명된 바와 같이 구성된 동일 발산-변화 장치(1)는, 상기 광선-편향 장치(30)로써 상기 광선 빔(5)을 먼저(first) 상기 제1 반사면(21) 상으로 지향시키거나 먼저 상기 제2 반사면(22) 상으로 지향시킴(이 경우에 상기 광선 빔(5) 중 추가 광선 경로는 위에서 설명된 것에 대하여 반대로 됨)으로써, 광선 빔(5)의 직경의 확장 및 축소 둘 모두를 가능하게 할 수 있다. 이런 이유로, 상기 광선 빔(5)의 단면의 변화의 고정된 관계를 가진 채 광선 확장 기능 및 광선 축소 기능 각각이, 본 발명에 따른 발산-변화 기능에 덧붙여 제공될 수 있다.

포물면형 거울(20)을 구비한 반사 시스템으로서 구성되고, 상이한 광학 속성을 가지는 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)을 구비한 광학 시스템(15)만이 도 4에 의해 설명되지만 투과성 굴절 시스템(25)으로서 구성되는 광학 시스템(15)도 상이한 광학 속성을 가지는 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 굴절 시스템(25)은, (예를 들어 하나 이상의 렌즈들을 각각 구비하는) 제1 렌즈 시스템 및 제2 렌즈 시스템을 포함할 수 있는바, 상기 제1 렌즈 시스템 및 제2 렌즈 시스템은 각각 상기 제1 시스템 영역(17) 및 상기 제2 시스템 영역(18)을 형성할 수 있으며, 각각 제1 렌즈 시스템 초점 및 제2 렌즈 시스템 초점을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈 시스템은 상기 제2 렌즈 시스템과는 다른 광학 속성들을 가질 수 있거나 또는 상기 제1 렌즈 시스템 및 상기 제2 렌즈 시스템은 동일한 광학 속성들을 가질 수 있다. 상기 제1 렌즈 시스템 초점은 제2 렌즈 시스템 초점과 일치할 수 있으며, 그럼으로써 그것들은 상기 광학 시스템(15)의 제1 초점(16)을 함께 형성한다.

도 5에는 발산-변화 장치(1)의 다른 예시적 실시예가 도시된다. 도 5에 따르면 상기 광선-편향 장치(30)는 회전가능한 이중 거울(30)로서 형성된다. 상기 회전가능한 이중 거울(30)은, 예컨대 실질적으로 평면인 제1 거울 표면(30a), 및 예컨대 실질적으로 평면인 제2 거울 표면(30b)을 포함하고, 상기 제1 거울 표면(30a)의 법선 벡터(surface normal)는 상기 제2 거울 표면(30b)의 법선 벡터의 성분에 실질적으로 대향되는 성분을 가진다. 예를 들어 상기 제1 거울 표면(30a)은 상기 제2 거울 표면(30b)에 평행하게 배치될 수 있다. 상기 광학 시스템은 투과성 굴절 시스템(25)으로서 구성되는바, 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)은 서로로부터 물리적으로 떨어지도록 배치되며, 상기 제1 시스템 영역(17)의 초점 및 상기 제2 시스템 영역(18)의 초점은 일치하여 함께 상기 광학 시스템(15)의 상기 제1 초점(16)을 형성한다. 도 5에 따르면, 상기 광학 시스템(15)의 상기 제1 초점(16)은 상기 제1 시스템 영역(17)과 상기 제2 시스템 영역(18) 사이에서 형성되며, 상기 회전가능한 이중 거울(30)은, 상기 제1 거울 표면(30a)과 동시에 상기 제2 거울 표면(30b) 둘 모두가 상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하게 그리고 상기 제1 시스템 영역(17) 및 상기 제2 시스템 영역(18) 사이에 배치되는 방식으로 배치된다. 상기 광선-형상기(34)는 제1 광선-형상 거울(35), 제2 광선-형상 거울(40) 및 광선-형상 중간 거울(41)을 포함한다(그러나 그것은 추가로 광선-형상 중간 거울들(41)을 포함할 수도 있음). 도 5에 따르면 상기 발산-변화 장치(1)는, 상기 광선원(10)으로부터 비롯되는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 광학 시스템(15)의 상기 제1 초점(16) 내에서 또는 상기 광학 시스템(15)의 상기 제1 초점(16)에 인접하여 상기 이중 거울(30)의 제1 거울 표면(30a)에 닿고 상기 추가 광선들이 상기 제1 거울 표면(30a)에 닿는 방식으로 구성된다. 상기 광선 빔(5)은, 상기 이중 거울(30)의 회전 각에 따라 상기 회전가능한 이중 거울(30)(및 그것의 제1 거울 표면(30a) 각각)에 의해 상이한 각도에서 (그리고 상이한 위치에서) 상기 제1 시스템 영역(17)에 공급될 수 있는바, 상기 광선 빔(5)은, 발산 변화와 함께 텔레센트릭인 방식으로 위에서 설명된 바와 같이 상기 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺힌다. 상기 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺힌 광선 빔(5)은 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 닿고 그것에 의해 상기 광선-형상 중간 거울(41)로 편향된다. 상기 광선-형상 중간 거울(41)은 상기 광선 빔(5)을 상기 제2 광선-형상 거울(40)로 편향시킨다. 상기 광선-형상 중간 거울(41)은 위에서 설명된 제1 광선-형상 거울(35) 또는 제2 광선-형상 거울(40)과 동일한 (광학) 속성들을 가질 수 있다. 상기 광선 빔(5)은 상기 제2 광선-형상 거울(40)에 의해 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)으로 편향되며, 상기 광선 빔(5)은, 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하여 상기 회전가능한 이중 거울(30)의 제2 거울 표면(30b)에 닿고 상기 추가 광선들도 상기 제2 거울 표면(30b)에 (예를 들어 일부) 닿는 방식으로, 위에서 설명된 바와 같이 상기 제2 시스템 영역(18)에 의해 상 맺힌다. 상기 광선 빔(5)은, 상기 회전가능한 이중 거울(30)의 회전각에 독립적인 실질적으로 일정한 위치를 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 가지는 방식으로 상기 제2 거울 표면(30b)에 의해 편향된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광선원(10)으로부터 상기 제1 거울 표면(30a)에 닿는 광선 빔(5)과 상기 제2 시스템 영역(18)으로부터 상기 제2 거울 표면(30b)에 닿는 광선 빔(5)은 물리적으로 분리된다. 상기 이중 거울(30) 및 상기 제1 거울 표면(30a) 및 상기 제2 거울 표면(30b) 각각이 대응되게 배치된다면(예를 들어 상기 제1 거울 표면(30a) 및 제2 거울 표면(30b)이 서로에 대하여 평행하게 위치되고 상기 제1 초점(16)(미도시)으로부터 동일 거리에 있다면), 상기 광선 빔들(5)은 서로에 대하여 동일선상에 있을 수 있다. 도 5에서 상기 제1 광선-형상 거울(35)과 상기 광선-형상 중간 거울(41) 사이에 형성되는 초점(5a)이 도시된다. 위에서 설명된 바와 같이 초점(5a)은 다른 위치에서 나타날 수도 있으며, 예를 들어, 상기 제1 광선-형상 거울(35) 및/또는 제2 광선-형상 거울(40) 및/또는 상기 광선-형상 중간 거울(41)에 원통형 상 맺힘 특성에 제공된다면, 또는 원통형 굴절력(cylindrical refraction power)을 가지는 렌즈들이 추가적으로 제공된다면, 상기 발산-변화 장치(1) 내에 점-형상 초점(5a)이 발생하지 않을 수 있다. 비록 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들이 하나의 평면 내에 놓이는 것으로 도 5에 도시될지라도 상기 구성요소들은 서로에 대하여 공간적으로 3차원적 방식으로 오프셋되도록 배치될 수 있다. 예를 들어 상기 제1 광선-형상 거울(35) 및/또는 제2 광선-형상 거울(40) 및/또는 상기 광선-형상 중간 거울(41)은 도 5의 평면 위 또는 아래에 배치될 수 있으므로, 예를 들어 상기 광선-형상기(34)의 거울들이 서로에 대하여 그리고 상기 광학 시스템(15)(미도시)에 대하여 공간적으로 정렬된다면, 상기 제2 거울 표면(30b)에 의해 편향된 광선 빔(5)이 광선-형상 거울(및 광선-형상 중간 거울 각각 또는 상기 발산-변화 장치(1)의 다른 구성요소) "위로" 또는 "아래로" 통과될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상이한 광학 속성을 갖는 2개의 시스템 영역들(17, 18)을 구비한 발산-변화 장치들(1)은, 상기 광선-편향 장치(30)로서 회전가능한 거울(30) 또는 회전가능한 이중 거울(30)을 갖고, 그리고/또는 상기 광선-형상기(34)로서 제1 광선-형상 거울(35) 및 제2 광선-형상 거울(40)을 갖는 실시예들에 한정되지 않으며, 다른 광선-편향 장치들(30) 또는 광선-형상기들(34)을 포함할 수도 있다.

본 발명에 따르면 광학 시스템(15) 및 광선-편향 장치(30)는, 광선 빔(5)에 걸쳐 2번 이상(two times over) 상 맺힘을 위하여 이용될 수 있다. 그럼으로써 본 발명에 따른 발산-변화 장치(1)는, 떠나는 광선 빔의 전파 방향에 대하여, 상기 광선-편향 장치(30)의 드리프트 효과(drift effects)에 영향을 받지 않으며, 상기 광선-편향 장치(30)가 기계적 응력에 노출되는 유일한 구성요소 부분일 수 있으므로 오차의 경향이 덜하다.

본 발명에 따른 광학 구조의 형상화(folding)로 인해, 광선 빔(5)의 발산을 변화시키기 위하여(예를 들어 초점 잡기 위하여) 하나의 광선-편향 장치(30)만이 필요함으로써, 드리프트 효과, 열효과, 편차 및 허용오차들이 최소화될 수 있으며, 광선 전파의 높은 방향적 안정성 및 높은 정밀도를 가진 채, 고속으로 발산이 설정될 수 있다. 본 발명에 따르면, 하나의 광학 시스템(15)만이 필요하므로 상기 발산-변화 장치(1)에 대한 제조 비용이 감소될 수 있다. 예를 들어 매우 빠른 속도는, 상기 발산을 설정할 상기 광선-편향 장치(34)로서 회전가능한 거울(30)(또는 이중 거울(30))을 이용함으로써 달성가능할 수 있는바, 왜냐하면 낮은 질량의 회전가능한 거울(30)만이 움직여져야 하고, 상기 주 광선들은 항상 본 발명에 따른 거울의 중심에 인접한 지점을 지나가기 때문이고, 그럼으로써 그것의 표면 크기 및 관성 모멘트는 최소화될 수 있다. 오직 하나의 광학 시스템(15)에서의 상기 광선 빔(5)의 2번 상 맺힘에 의해 상기 광학 시스템(15) 내에서 발생될 수 있는 시스템적 편차 및 오차는 상기 2번 이상 상 맺힘(imaging two times over)에 의해 보상될 수 있다. 본 발명에 따른 발산-변화 장치(1)의 다른 장점은, 상기 발산-변화 장치가, 광선-편향 장치(30) 및 광학 시스템(15)을 포함하는 구조로 인한 내가스성 방식(gas-proof way)으로 효과적으로 구성될 수 있다는 점이다(예를 들어 이 목적으로 상기 발산-변화 장치는 내가스성 하우징을 포함할 수 있음). 그럼으로써 상기 발산-변화 장치(1)는 광학적으로 실질적으로 불활성인 기체로 채워지거나 비워진 채로 작동될 수 있으므로, 공기와 같은 주위 매질과 상기 광선 경로(예를 들어 초점(5a)) 사이의 섭동 상호작용(perturbing interaction)이 상기 발산-변화 장치(1) 내에서 회피될 수 있다. 마찬가지로, 상기 발산-변화 장치(1) 내에 실제 초점(5a)이 나타나지 않고 예를 들어 가상 초점(5b) 또는 가상 초점선만이 나타난다면, 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소와 상기 광선 빔(5) 사이의 섭동 상호작용이 회피 또는 감소될 수 있다. 덧붙여, 본 발명에 따른 발산-변화 장치(1)의 구조는 효과적인 냉각을 가능하게 하는데, 왜냐하면 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들(예컨대 상기 반사 시스템(20))은 그 간단한 구조로 인하여 냉각 장치가 상기 구성요소들에 쉽게 도달할 수 있기 때문이다.

본 발명에 따르면, 상기 발산-변화 장치(1)는 그것이 예를 들어 재료 가공에 이용될 때에 2-D(2차원) 스캐닝 시스템과 함께 이용될 수 있다. 2-D 스캐닝 시스템에는 예를 들어 상기 광선 빔(5)을 서로로부터 독립적인 2개의 공간적 방향으로 개별적으로 편향시킬 수 있는 하나 또는 2개의 광선-편향 장치들이 제공될 수 있다. 그럼으로 써 광선 빔(5)의 발산은 상기 발산-변화 장치(1)에 의해 조절가능할 수 있는 동시에, 상기 광선 빔(5)의 전파 방향은 상기 2-D 스캐닝 시스템에 의해 추가적으로 조절가능하다. 그럼으로써 예를 들어 상기 광선 빔(5)의 전파 방향의 잠재적인 편차들은 (예를 들어 컨트롤러 내에 저장된 교정 테이블들(correction tables)을 이용하여) 상기 2-D 스캐닝 시스템에 의해 균형 잡힐(balanced) 수 있다. 이에 따라 상기 발산-변화 장치(1)는 상기 광선 경로 내에서 상기 2-D 스캐닝 시스템 전에 배치될 수 있으므로 상기 광선 빔은 (작동 초점과 광선원 사이의 상이한 거리에 대응될 수 있는) 상이한 발산을 가지는 광선-편향 장치(30)에 따라 상기 2-D 스캐닝 시스템에 닿을 수 있으며, 상기 2-D 스캐닝 시스템에 의해 서로로부터 독립적인 2개의 공간적 방향으로 편향될 수 있다. 그럼으로써, 예를 들어 상기 광선 빔(5)은 가공물 표면을 가로지르도록 지향될 수 있으며, 상기 광선원과 상기 가공물 표면 상의 지점들 사이의 상이한 거리들은 상기 발산-변화 장치(1)에 의해 보상될 수 있다. 그것을 제어하기 위하여 상기 2-D 스캐닝 시스템 및 상기 발산-변화 장치(1) 둘 모두에(그리고 그 광선-편향 장치(30)에 각각) 연결될 수 있는 컨트롤러가 이 목적으로 제공될 수 있다.

상기 컨트롤러는 표적 발산-변화값에 따라 상기 제1 광선-편향 장치(30)(및 그것에 의해 실현된 발산-변화 각각)를 제어할 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 표적 발산-변화값은 원하는 발산 및/또는 원하는 발산 변화에 대응되며, 상기 표적 발산-변화값은 예를 들어 이용자 입력 또는 다른 제어 장치, 컴퓨터, 프로세스 자동화 컨트롤러 등등에 의해 상기 컨트롤러에 제공될 수 있다. 상기 표적 발산-변화값은 상기 광선원(10)으로부터 작동 초점의 거리에 대응될 수도 있는바, 왜냐하면 이 거리가 상기 광선 빔(5)의 발산에 종속될 수 있기 때문이다. 상기 표적 발산-변화값은 상기 컨트롤러 내에 저장된 데이터 및 알고리즘을 이용하여 상기 컨트롤러에 의해 계산될 수 있다. 동시에 상기 컨트롤러는, 그것이 표적 광선 위치 및 향값에 따라 상기 2-D 스캐닝 시스템을 제어하는 방식으로 구성될 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 표적 광선 위치 및 향값은 상기 2-D 스캐닝 시스템으로부터 나오는 광선 빔(5)의 원하는 위치 및 방향에 대응될 수 있다. 상기 표적 광선 위치 및 향값은 예를 들어 이용자 입력 또는 다른 제어 장치, 컴퓨터, 프로세스 자동화 컨트롤러 등등에 의해 상기 컨트롤러에 제공될 수 있다. 이것은, 발산 변화가 자유로이 선택가능하고 조절가능하며, 동시에 상기 2-D 스캐닝 시스템으로부터 나오는 광선 빔(5)의 위치 및 방향이 자유로이 선택가능하고 조절가능한 방식으로, 상기 컨트롤러가 상기 발산-변화 장치(1)를 제어할 수 있음을 의미한다.

(작동) 초점이 상기 발산-변화 장치(1)의 외측에서(예를 들어 가공물의 표면 상에) 제공됨으로써 상기 초점이 예를 들어 항상 상기 가공물 표면 상에 직접적으로 형성되고, 상기 광선 빔이 상기 가공물(및 상기 가공물 표면 각각)에 닿는 위치와 광선원(10) 사이의 광선 경로 길이의 변화에 독립적으로 미리 결정된 단면을 가지고 상기 가공물 표면에 닿는 방식으로, 상기 표적 발산값이 선택/계산/저장될 수 있다.

본 발명에 따르면, 예를 들어 가공물의 기하구조는 상기 컨트롤러 안에 점 좌표들(예컨대 x, y, z), 점 좌표들 사이에서 연장되는 선들의 형태로 저장될 수 있으며, 동시에 프로세싱 계획(processing plan)이 상기 컨트롤러 안에 저장될 수 있는바, 상기 프로세싱 계획은 광선 빔(5)이 어떤 발산(및 어떤 빔 직경 각각)을 가지고 상기 가공물에 어떤 위치에 닿아야 하는지에 관한 정보를 포함한다. (상기 프로세싱 계획은, 상기 광선원(10) 등을 고려한 성능 요구사항 및 광선 빔(5)이 어느 시간 주기 동안에 지점 상에 작용해야 하는지와 같은, 추가 정보 및/또는 다른 정보를 담을 수도 있음.) 그 후 상기 컨트롤러는 상기 가공물의 기하구조 및 상기 프로세싱 계획으로부터 표적 발산-변화값(및 그 이상의 각각)을, 동시에 표적 광선 위치 및 향값(및 그 이상의 각각)을 계산할 수 있으며, 상기 프로세싱 계획이 이행되는 방식으로 상기 발산-변화 장치(1) 및 상기 2-D 스캐닝 시스템을 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는 다른 구성요소들을 제어하기 위하여 상기 다른 구성요소에, 예를 들어, 상기 광선원(10)과 가공물 사이의 광선 경로의 짧은 중단(short interruption)을 위하여 상기 광선원(10) 또는 블라인드 및 "펄스 피커(pulse picker)"에, 또는 다른 광선-편향 장치들에 각각 연결될 수도 있다.

달리 말하자면 상기 컨트롤러는, 3-D(3차원) 좌표들을 프로세싱할 수 있으며, 이 좌표들을 예를 들어 좌표 변환들 및 교정 테이블들로써 상기 발산-변화 장치(1) 및 선택적으로 제공되는 상기 2-D 광선-편향 시스템을 위한 제어값들로 변환할 수 있으며, 이에 따라 그 후 상기 광선 빔(5)의 전파 방향 및 발산 변화를 제어할 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)의 방향 및 위치를 일정하게 유지하는 것(및 그것들을 정지 상태로 유지하는 것 각각)은, 상기 발산-변화 장치(1)의 광선 경로 내의 상 맺힘 각도들의 차이를 발생시킴으로써 얻어지는바, 여기에서 상기 광선-편향 장치(30)의 설정/위치에 독립적인 상기 광학 시스템(15)에 의한 상 맺힘 후에 상기 광선-편향 장치(30) 상의 제1 상 맺힘과 상기 광선-편향 장치(3) 상의 제2 상 맺힘 사이의 회전(즉 부호(sign))의 의미를 고려하면, 상기 광선 경로 내의 상 맺힘 각도들의 "합(sum)"은 일정하게 유지된다. 이것은, 예를 들어 상기 광선-편향 장치(30)의 편향각의 양의 변화가 동일한 음의 변화(차이의 계산)의 추가에 의해 본 발명에 따른 발산-변화 장치(1)의 광선 경로 내에서 보상됨으로써, 또는 그 반대로도 마찬가지로, 상기 각도들의 전체 합이 일정하게 유지될 수 있음을 뜻한다.

본 발명에 따라, 하기에서는 상기 나오는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)을 정지 상태로 유지하는 이 프로세스가 발산 변화에도 불구하고 어떻게 달성되는지가 더 설명된다.

상기 광선-편향 장치(30)의 회전축(32)(도 1a, 2, 3, 4, 5, 7 및 8를 참조)은, 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 광선 빔(5)이 그 회전축 둘레로 상 맺히는 축인바, 여기서는 (상기 상 맺힘 전과 후의 상기 주 광선(6)의 전파 방향에 관하여) 각각 회전 및 회동 방식(rotational and pivotal way)으로 상 맺힌다. 상기 도면들에서 이것을 예를 들어 상기 회전가능한 거울(30)의 회전축(32)이다. 덧붙여, 본 발명에 따르면 위에서 설명된 바와 같이 상기 광선 빔(5)의 발산-변화는, 본 발명에 따른 발산-변화 장치(1)의 제1 시스템 영역(17)에서 텔레센트릭인 상 맺힘에 의해, 그리고 제2 시스템 영역(18)에서 기능적으로 반전된 텔레센트릭 상 맺힘에 의해 달성되는바, 이 점에 있어서, 상기 제1 시스템 영역(17)을 떠나는 광선 경로 내에서 상기 (예를 들어 가상) 초점(5a/b)(예컨대 도 1를 참조)의 거리의, 상기 제2 시스템 영역(18)에 닿을 때까지의 광선 경로 내에서의 이 초점(5a)의 거리에 대한 비율은 변화된다. 상기 초점(5a/b)의 상기 제1 시스템 영역(17)으로부터의 그리고 상기 제2 시스템 영역(18)으로의 거리의 비대칭성은 (예를 들어 똑같이 형성된 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)인 채로는) 발산 변화의 결과가 될 수 있다.

상기 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 광선 빔(5)이 상기 주 광선(6)에 대하여 실질적으로 정지 상태이고 발산 변화에 독립적이라는 사실은, 예를 들어 도 1 내지 4 및 도 7(아래에서 더 상세하게 설명됨)에 도시된 본 발명에 따른 실시예들에서, 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이, 상기 광학 시스템(15)에 의한 (상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에서의) 상기 (제1) 상 맺힘에 뒤이은 부위(section)에서, (상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)에서) 상기 광학 시스템(15)에 다시 닿을 때까지 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)에 의해 생성(span되는 평면(형상 평면(folding plane))에, 상기 광선-편향 장치(30)의 회전축(32)이 실질적으로 평행하다는 점에 의해 달성된다. 이 형상 평면은, 예를 들어 도 1 내지 4 및 도 7에 도시된 실시예들에서 수직 평행식(vertical parallel way)으로 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 발생되는 편향각의 변화에 의해 편이되며(즉 상기 형상 평면의 법선 벡터를 따라서 편이되며), 따라서 상기 광선 빔(5)의 편향각 변화를 동반하는 발산 변화(제1 발산으로부터 상이한 제2 발산으로의 변화)의 경우의 3차원적 광선-안내의 결과가 된다. 이것은, 상기 발산-변화 장치(1)를 떠난 후에 제1 발산을 포함하는 상기 광선 빔(5)의 형상 평면이, 상기 발산-변화 장치(1)를 떠난 후에 제2 발산을 포함하는 상기 광선 빔(5)의 형상 평면에 대하여 수직 평행식으로 편이됨을 의미한다.

달리 말하자면, 예컨대 도 1 내지 4 및 도 7에 도시된 실시예들에서, 상기 형상 평면은 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 발생되는 편향각 변화에 의해 수직 평행식으로 편이된다. 3차원적 방식으로 고려될, 상기 광선 안내에 있어 이 편이는, 상기 제1 시스템 영역 및 제2 시스템 영역(17, 18) 각각으로부터 상기 초점(5a/b)의 위에서 언급된 거리 관계의 변화로 이어지고, 따라서 상기 광선 빔(5)의 발산 변화(제1 발산으로부터 상이한 제2 발산으로의 변화)로 이어진다.

이것은 상기 발산-변화 장치(1)를 떠난 후에 상기 제1 발산을 포함하는 광선 빔(5)의 형상 평면이 상기 발산-변화 장치(1)를 떠난 후에 상기 제2 발산을 포함하는 광선 빔(5)의 형상 평면에 대해 수직 평행식으로 편이됨을 의미한다.

상기 형상 평면들 안의 초점(5a/b)의 동시 편이(simultaneous shifting)와 함께 상기 형상 평면의 이 실질적으로 수직 평행한 편이에 의해 얻어진 모든 가능한 (경우에 따라서 가상 초점일 수 있는) 초점들(5a/b)의 위치는, 위에서 설명된 바와 같이 예를 들어 (경우에 따라서 가상 초점면일 수 있는) 상기 초점면(15a/b)을 한정할 수 있다. 상기 형상 평면들의 수직 평행 편이는, 상기 발산-변화 장치(1) 내의 앞서 언급된 3차원적 광선 안내의 결과로 되고, 상기 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 발산 변화에도 불구하고 정지 상태가 되는 결과로 된다. 달리 말하자면 상기 관성-편향 장치로부터 나오는 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은, 상기 형상 평면의 (수직) 평행 편이에도 불구하고 본 발명에 따른 상기 3차원적 광선 안내에 의해 정지 상태로 유지될 수 있다.

도 1a에는 상기 형상 평면의 평면도가 도시된다. 상기 주 광선(6)이 평면 내에서, 즉 상기 제1 시스템 영역(17)을 떠난 후 그리고 상기 제2 시스템 영역(18)에 들어가기 전의 부위(section) 내에서 상기 형상 평면 내에서 (그리고 따라서 또한 상기 제1 광선-형상 거울과 상기 제2 광선-형상 거울(35, 40) 사이에서) 연장되는 것이 보여질 수 있다. 상기 형상 평면의 측면도가 도시되는 도 1b에는, 상기 회전가능한 거울(30)의 회전축(32)을 가로지르는 발산 변화의 경우에 (수직) 평행식으로 이 형상 평면이 편이되는 것이 도시된다. 도 2 및 4에도, 상기 제1 시스템 영역(17)으로부터 상기 주 광선(6)이 나오는 지점과 상기 제2 시스템 영역(18) 내로 상기 주 광선(6)이 들어가는 지점 사이에 연장되는 광선 경로의 부위 내에서 생성(span)되는 개별의 형상 평면의 평면도가 도시된다. 도 2 및 4에도 상기 광선-편향 장치(34)의 회전축(32)이 상기 형상 평면에 평행하다는 점이 도시될 수 있는바; 이 점에 있어서, 본 명세서에서 상기 평면과 축 사이의 평행성(parallelism)은, 상기 축이 상기 평면과 절대로 교차하지 않거나 선택적으로 상기 평면 내에 완전히 놓인다는 것을 표현한다. 또한 도 3에는, 상기 형상 평면에 그리고 상기 광선 빔 중 주 광선(6)에 각각 (실질적으로) 평행한 (여기서 상기 회전가능한 거울(30)의 회전축(32)에 대응되는) 상기 광선-편향 장치(30)의 회전축(32)이 상기 제1 광선-형상 거울(35)과 상기 제2 광선-형상 거울(40) 사이의 광선 경로의 부위(이 부위는 상기 형상 평면 내에 놓임)에서 도시된다.

도 5의 실시예에서, 상기 광선-편향 장치(30)의 회전축(32)(여기서는 상기 회전가능한 거울(30)의 회전축)은, (예를 들어, 상기 제1 시스템 영역(17)과 상기 제1 광선-형상 거울(35) 사이에 다른 광학 구성요소들이 배치되지 않는다면 적어도 상기 제1 시스템 영역(17)을 떠나 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 닿기까지의 사이에서) 상기 형상 평면에 직각이다. 도 5에 따른 실시예에서 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 (여기에서 상기 제2 거울 표면(30b)에 의해) 상 맺히는 광선 빔(5)은, 대향되는 방식으로 배향된 2개의 대향되는 거울 표면들(30a/b)을 이용함으로써 상기 주 광선(6)에 대하여 정지되는 방식으로 유지되는바, 상기 2개의 대향되는 거울 표면들(30a/b)은 예를 들어 서로 평행함으로써 위에서 언급된 차이의 생성을 야기한다.

도 6에 대하여, 발산 변화에도 불구하고 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 광선 빔(5)(즉 그것의 주 광선(6))의 일정한 방향 및 위치로 인하여, 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 광선 빔(5)이 다른 발산-변화 장치(1)에 닿는 방식으로, 상기 제1 초점(16) 내에서 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하게 등등 이 광선 빔이 이 다른 발산-변화 장치(1)의 광선-편향 장치(30)에 닿는 방식으로, 예를 들어 2개, 3개, 4개 또는 임의의 개수의 복수개의 발산-변화 장치들(1)을 배치하는 것이 효율적으로 가능하다. 그럼으로써 2개 이상의 발산-변화 장치들(1)은 이 2개 이상의 발산-변화 장치들에 의해 함께 형성된 광선 경로에 대하여 광학적으로 "직렬로(in series)" 배치될 수 있으므로, 그것들은 도 6에 도시된 바와 같은 발산-변화 구성체(2)를 형성하고, 이 발산-변화 구성체(2) 및 상기 정확하게 2개 이상의 발산-변화 장치들(1) 각각을 통하여 지나가는 광선 빔(5)의 발산에 의해 발산-변화 구성체(2)가 구현되는 상기 광선 빔(5)의 발산이 점차적으로 또는 점진적으로(gradually or progressively) 변화될 수 있는데; 이 점에 있어서, 상기 공통 광선 경로 내에서 발생될 수 있는 전체 발산 변화는 연속적인 (예컨대 단계가 없는(stageless)) 방식으로 조절가능할 수 있다.

도 6에 따르면 2개의 발산-변화 장치들(1)은 그것들이 발산-변화 구성체(2)를 형성하는 방식으로 (개략적으로 도시된; 이 점에 있어서 본 명세서에 설명된 각각의 발산-변화 장치(1)가 이용될 수 있음) 공통 광선 경로 내에 배치되는바, 여기에서 (도 6의 왼쪽에 있는) 제1 상류 발산-변화 장치(1)는 “ΔDIV1”의 발산 변화를 발생시키고 상기 제1 발산-변화 장치의 하류의 제2 발산-변화 장치(1)는 “ΔDIV2”의 발산 변화를 발생시킨다. 따라서 상기 공통 광선 경로를 통하여 지나가는 광선 빔(5)은 처음에 (그것의 주 광선(6)에 의해 표현된 도 6에서) (임의의 발산 변화일 수 있는) 상기 발산 변화 “ΔDIV1”를 겪고, 그 후에 (역시 임의의 발산 변화일 수 있으며 두 발산 변화 모두가 동일한 대수적 부호(algebraic sign)를 가질 수 있는) 상기 발산 변화 “ΔDIV2”를 겪음으로써, 상기 발산-변화 구성체(2)를 떠나는 광선 빔(5)은, 총 발산 변화 ΔDIV1 + ΔDIV2를 겪는다.

달리 말하자면, 상기 광선 빔(5)의 전파 방향으로 상기 공통 광선 경로 내에서 다른 발산-변화 장치(1) 후에 또는 상기 다른 발산-변화 장치(1)에 뒤이어 배치되는 발산-변화 장치(1)의 광선원(10)은, 발산-변화 구성체(2) 내에서 이 다른 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 광선 빔(5)에 의해 구현될 수 있다.

발산-변화 구성체(2) 내에서 모든 발산-변화 장치들(1)은 도면들을 참조하면 (예를 들어 투과성 또는 반사성 광학 시스템(15)을 갖는) 동일한 유형의 것일 수 있거나 또는 상이한 유형의 것(즉, 위에서, 그리고 또한 밑에서 설명되는 역반사기 장치(60)를 가지는 모든 실시예들은 광선 빔(5)의 발산-변화를 위하여 공통 광선 경로를 형성할 수 있으며 함께 작동될 수 있음)일 수 있다. 따라서 상기 발산-변화 구성체(2)의 발산-변화 장치들(1)은, 명확화의 목적으로 도 6에서 파선에 의해 개략적으로 도시된다.

발산-변화 구성체(2)의 발산-변화 장치들(1)은 동일 기하학적 치수들을 가질 수 있거나, 또는 상이한 기하학적 치수들을 가질 수 있다. 예를 들어 광선원(10)에 의해 제공되는 광선 빔(5)의 발산이 주로 감소될 것이라면, 상기 공통 광선 경로 내에서 발산-변화 장치(1)에 뒤이은 발산-변화 장치(1)는, 예를 들어 상기 광선 빔(5)의 발산(및 따라서 예를 들어 상기 광선 빔의 직경 또한)이 이미 감소되기 전에 상기 광선 경로 내에 배치된 상기 발산-변화 장치(1)로 인한 정상 작동 상태 상에 있을 것이 기대된다면, 더 작도록(즉 감소된 치수들을 가지도록) 제공될 수 있다. 역으로, 광선 빔(5)의 발산이 발산-변화 구성체(2)에 의해 주로 증가될 것이라면, 상기 발산-변화 장치들(1)은 상기 공통 광선 경로를 따라서 개별의 증가된 크기도 가지도록 제공될 수 있다.

게다가 다른 광학 요소들이, 예를 들어 상기 공통 광선 경로를 통과하는 광선 빔(5)의 광선 단면을 변화시키기 위하여(예컨대 증가 또는 감소시키기 위하여) 또는 다른 방식으로 상기 광선 빔(5)을 조작하기 위하여, 발산-변화 구성체(2)의 발산-변화 장치들(1) 사이에 배치될 수 있다.

본 발명에 따르면, (예를 들어 편이가능한(shiftable) 렌즈들을 포함하는) 종래의 발산-변화 장치 및 본 발명에 따른 발산-변화 장치(1)의 순차적 구성이 가능하므로, 상기 종래의 발산-변화 장치 및 본 발명에 따른 발산-변화 장치(1)는 발산-변화 구성체(2)를 형성한다. 예를 들어, 이것은, 더 낮은 발산량(divergence amount)(예를 들어 더 낮은/작은 발산 변화)을 갖는 고도로 동적인(예를 들어 빠른) 발산 변화, 및 더 높은 발산량(예를 들어 더 큰/강한 발산 변화)을 갖는 비교적 더 느린 발산 변화를 합치거나 조합시키기 위하여 이루어질(make sense) 수 있다.

도 7에는 발산-변화 장치(1)의 3개의 상이한 도면들인 a.), b.), 및 c.)가 도시되는바, 상기 3개의 도면들은 데카르트 좌표계의 X축, Y축, Z축에 의해 특징지어진다. 도 7에서 상기 광선 빔(5)은 그것의 주 광선(6)에 의해 표현되며 상기 광선 빔(5)의 전파 방향 및 상기 주 광선(6)의 전파 방향은 각각 화살표들로 표기된다.

위에서 설명된 상기 발산-변화 장치(1) 내에서의 3차원적 광선 안내는 다시 한번 a.), b.), 및 c.) 도면에 의하여 도 7에 의해서도 도시된다. 상기 발산-변화 장치(1)의 구성요소들은, 예를 들어 도 2 및 3을 참조하여 위에서 설명된 구성요소들에 대응되며, 상기 발산-변화 장치(1)는 선택적 형상 구성체(optional folding arrangement; 60) 및 (하기에서 역반사기 장치로 불리는) 역반사기 장치(60) 각각을 더 포함한다.

상기 역반사기 장치(60)는, (발산-변화 장치(1) 내의) 상기 광학 시스템(15)에 의한 적어도 2번 이상 상 맺힘 후에 상기 광선-편향 장치(30)로부터 나오는 광선 빔(5)을 상기 역반사기 장치(60)가 상기 광학 광선-편향 장치(30) 상으로 다시 상 맺게 하는 방식으로, 이 다시 상 맺힌 광선 빔 중 주 광선(6)이 상기 제1 초점(16) 내에서 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하여 다시 상기 제1 광선-평향 장치(30)에 닿고 또한 상기 광선 빔(5) 중 추가 광선들(또는 그것들의 일부)가 상기 광선-편향 장치(30)에 다시 닿는 방식으로 구성 및 배치된다. 상기 역반사기 장치(60)에 의한 이 다시 상 맺힘(re-imaging)은, 상기 다시 상 맺힌 광선 빔(5)이 상기 광선원(10)으로부터 오는 광선 빔(5)과 같이 상기 발산-변화 장치(1)를 다시/또 다시 통과하는 결과로 되며, 그럼으로써 발산 변화 증가가 달성될 수 있다.

상기 광선-편향 장치(30)로부터 나오는 상기 광선 빔(5)이 정지 상태이고 발산 변화에 독립적인 방향 및 위치를 가짐에 따라, 상기 역반사기 장치(60)의 효율적인 이용이 가능하다. 따라서, 상기 나오는 광선 빔이 상기 제1 초점(16) 내에서 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하게 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 방식으로, 선택적으로 상기 발산-변화 장치(1)를 다시/또 다시 통과할 수 있음으로써 발산 변화가 증가되는 방식으로, 상기 나오는 광선 빔을 다시 상 맺히게 하거나 재지향시키는(redirect) 것이 효율적으로 가능하다.

도 8에는 발산-변화 장치(1), 및 역반사기 장치(60)를 구비한 발산-변화 구성체(1) 각각의 개략적인 부분도(partial view)가 도시된다. 도 8에서 상기 광선-편향 장치(30)와 상기 역반사기 장치(60) 사이의 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)에 의해 표현되는 상기 광선 빔(5)의 광선 경로는 도 7a.) 내지 c.)에 도시된 광선 경로에 대응된다. 도 8에 도시된 광선-편향 장치(30)는 예를 들어 도 1 내지 7에 도시된 발산-변화 장치들(10) 중 하나 또는 발산-변화 구성체(2)의 발산-변화 장치(1)의 광선-편향 장치(30)다. 도 8에는 실제적으로 상기 3차원적 광선 경로(도 7a.), b.) 및 c.)와 비교)의 2차원적 사영(two-dimensional projection)이 (도 7a 같이) 도시되는바, 도 8에 따른 도면에서 상기 발산-변화 장치(1)의 광선원(10)으로부터 오는 광선 빔(5)(및 상기 발산-변화 구성체(2) 각각) 및 상기 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 광선 빔(5)은 상기 역반사기 장치(60) 위 또는 아래의 평면 내에서 연장된다. 도 8의 도면에서 상기 광선-편향 장치(30)로부터 상기 역반사기 장치(60)에 닿는 광선 빔(5) 및 상기 역반사기 장치(60)로부터 상기 광선-편향 장치(30)에 (다시/또 다시) 닿는 광선 빔(5)은, 상기 광선원(10)으로부터 오는 광선 빔(5) 및 상기 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 광선 빔(5)에 의해 덮힌다; 이 점에 있어서 상기 광선원(10)은 다른 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 정지 상태인 광선 빔(5)에 의해서도 구성될 수 있다는 점을 다시 주목하여야 한다.

도 7 및 8에 도시된 바와 같이, 상기 역반사기 장치(60)는 2개의 거울들(60a, 60b)에 의해 형성될 수 있는바, 여기에서 상기 제1 거울(60a)은, 상기 제2 시간 동안에 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 편향되는 광선 빔(5)이 상기 제1 거울(60a)에 닿고 상기 제1 거울(60a)에 의해 상기 제2 거울(60b) 상으로 상 맺히는 방식으로 배치 및 구성될 수 있다. 상기 제2 거울(60b)은, 상기 제2 거울(60a)로부터 상기 제2 거울(60b)로 입사하는 광선 빔(5)이 상기 제2 거울(60b)에 의해 상기 광선-편향 장치(30) 상에 다시 상 맺히는 방식으로, 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하여 상기 광선-편향 장치(3)에 다시 닿고, 상기 추가 광선들 중 적어도 일부가 상기 광선-편향 장치(30)에 다시 닿는 방식으로 구성 및 배치될 수 있다.

상기 역반사기 장치(60)는, 상기 광선-편향 장치(30)로부터 와서 상기 광선-편향 장치(30)에 다시 닿는 광선 빔(5)을 상기 역반사기 장치(60)가 상 맺게 하는 방식으로, 상기 광선-편향 장치(30)로부터 상기 역반사기 장치(60)에 닿는 광선 빔(5)이 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 (정지되는 방식으로) 상 맺히는 각도와는 상이한 각도에서 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 방식으로 구성 및 배치될 수 있다.

예를 들어 이것은, 상기 광선-편향 장치(30)로부터 오는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 제1 거울(60a)에 닿는 상기 제1 거울(60a) 상의 지점이, 상기 제1 거울(60a)로부터 오는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 제2 거울(60b)에 닿는 상기 제2 거울(60b) 상의 지점으로부터 물리적 거리를 두는 것으로 실현될 수 있다.

따라서 상기 역반사기 장치(60)(예를 들어 그것의 제1 거울(60a) 및 제2 거울(60b))는, 상기 광선-편향 장치(30)로부터 오고 상기 역반사기 장치(60) 상에 입사하는 광선 빔(5), 및 상기 역반사기 장치(60)로부터 다시 나오는 광선 빔(5)이 서로 물리적으로 분리(광선의 빔들(5)이 교차할 수 있는 제1 초점(16) 및/또는 상기 제1 초점(16)에 인접한 구역을 제외한, 적어도 상기 주 광선(6)에 대한 물리적 분리)되는 방식으로, 구성될 수 있는바, 도 7 및 8에 도시된 바와 같다.

(예를 들어 상기 광선-편향 장치(30)에 관련하여) 상기 광선-편향 장치(30)로부터 상기 역반사기 장치(60)에 닿는 주 광선(6)과 상기 역반사기 장치(60)로부터 상기 광선-편향 장치(30)에 다시/또 다시 닿는 주 광선(6)의 상이한 각도들 및 이 주 광선들(6)의 물리적 거리로 인하여, 상기 역반사기 장치(60)로부터 상기 광선-편향 장치(30)를 통하여 상기 광학 시스템(15)에 닿는 광선 빔(5)이, 상기 광선원(10)으로부터 와서 상기 광선-편향 장치(30)를 통하여 상기 광학 시스템(15)에 닿는 광선 빔(5)으로부터, 적어도 그 주 광선(6)에 관해여, 물리적으로 분리되는 결과가 될 수 있으며, 따라서 본 발명에 따르면 상기 발산-변화 장치(1)에 입사하는 광선 빔(5)과 상기 발산-변화 장치(1)로부터 나오는 광선 빔(5)의 광선들의 분리를 위한 분리 장치(separate device)가 불필요하다.

상기 발산-변화 장치(1) 상에 입사하는 광선 빔(5)과 상기 발산-변화 장치(1)으로부터 나오는 광선 빔(5)의 이 물리적 분리는 광선의 편광-광학적 분리가 없는 것을 가능하게 하는바, 그런데 본 발명에 따르면, 특정 경우의 용례에서 요구된다면 여기에서 (예컨대 단일 거울로 구성된 역반사기 장치(60)에 의한) 상기 광선 빔(5)의 동일선상의 재지향, 및 입사하는 광선 빔(5)과 나오는 광선 빔(5)의 편광-광학적 분리가 이용될 수도 있다.

위에서 설명된 실시예들(예를 들어 도 7 및 8을 참조)에서 상기 발산-변화 장치(1)는 2번 통과되지만, 여기에서 본 발명에 따라 상대적으로 정지 상태인 출력 광선으로 인하여, 동일 발산-변화 장치(1)의 3번, 4번, 5번 또는 n번 통과도, 대응되는 역반사기 장치들의 제공에 의해 달성될 수 있다.

발산-변화 장치(1)에 의해 얻어진 발산 변화는, 동일 설정의 광선-편향 장치(30)인 채로 한 번만 상기 발산-변화 장치(1)를 통과하는 것과 비교할 때, 상기 발산-변화 장치(1)의 통과에 의해 증가될 수 있다. 따라서 동일 발산 변화를 달성하기 위하여 다중 통과의 경우에는 상기 광선-편향 장치(30)에 더 작은 편향각이 요구되고 상기 발산 변화를 설정하기 위하여 더 작은 편향각 변화가 요구된다. 이것은, 상기 발산 변화의 변동/설정의 달성가능한 가능한 속력에 유리한 영향을 미칠 수 있다.

도 7에는, 반사 시스템(20)으로서 형성된 광학 시스템(15)을 포함하는 발산-변화 장치(1)가 도시되지만, 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이, 투과성 굴절 시스템(25), 및/또는 2개의 거울 표면들(30a, 30b)을 구비한 광선-편향 장치(30)(도 1a/b, 도 5와 비교)를 포함하는 발산-변화 장치들(1)에 상기 역반사기 장치(60)가 제공될 수 있는바, 왜냐하면 각각의 발산-변화 장치(1) 및 발산-변화 구성체(2)로부터 나오는 광선 빔(5)이 그것의 주 광선(6)에 대하여 실질적으로 정지 상태인 점, 즉 실질적으로 일정한 방향 및 위치를 가지는 점이 본 발명에 따른 각각의 발산-변화 장치(1) 및 발산-변화 구성체(2)의 특징이기 때문이다.

역반사기 장치(60)를 포함하는 2개 이상의 발산-변화 장치들(1)이 위에서 설명된 바와 같이 공통 광선 경로(및 따라서 발산-변화 장치(2))를 형성하는 방식으로 배치될 수 있거나, 그리고/또는 역반사기 장치(60)를 포함하는 하나 이상의 발산-변화 장치들(1)은, 임의의 역반사기 장치(60)를 포함하거나/포함하지 않는 하나 이상의 발산-변화 장치(들)(1)와 함께, 공통 광선 경로 및 발산-변화 구성체(2) 각각을 형성하는 방식으로 배치될 수 있다.

이 여러 발산-변화 장치들(1)(및/또는 하나의 발산-변화 구성체(2))에는 그 광선 경로 내에 2-D 스캐닝 시스템이 함께 제공될 수도 있는바, 여기에서 상기 발산-변화 장치들(1) 및 상기 발산-변화 구성체(2) 각각은 상기 광선 경로 내에서 상기 2-D 스캐닝 시스템 전에 제공될 수 있다. 선택적으로, 상기 발산-변화 구성체(2)의 발산-변화 장치들(1)을 제어하기 위하여(예를 들어 그것들 개별의 광선-편향 장치들(30)의 제어에 의해 그것들에 의해 발생되는 발산 변화) 상기 발산-변화 구성체(2)의 발산-변화 장치들(1)의 각각에 연결되는 컨트롤러(50)도, 위에서 설명되고 예를 들어 도 2, 4 및 도 8에 도시된 바와 같이 제공될 수 있으며, 상기 컨트롤러(50)는, 상기 광선 빔(5)의 방향 변화가 2개의 공간적 차원 내에서 제어될 수 있는 방식으로 위에서 설명된 바와 같이 상기 광선 빔(5)을 제어하기 위하여, 상기 2-D 스캐닝 시스템에 선택적으로 연결될 수도 있다.

발산-변화 장치(1)를 통한 다중 통과의 경우에, 추가 광학 구성요소들도 상기 통과들 사이의 광선 경로 내에(즉, 예를 들어 광선-편향 장치(30)와 역반사기 장치(60) 사이의 광선 경로 내에) 배치될 수 있다. 예를 들어 이것은 상기 광선 빔(5)의 광선 직경, 광선 편광(예를 들어 편광 회전) 또는 광선 윤곽(예를 들어 상기 광선 윤곽의 회전)을 조작/변경하기 위하여 기능할 수 있다. 상기 광선 직경의 감소는 필요한 거울 직경 및/또는 상기 발산-변화 장치(1)의 다른 구성요소들의 치수들의 감소를 야기할 수 있다. 편광 및/또는 광선 윤곽의 회전은 원하지 않는 편광 효과를 감소시킬 수 있거나 그리고/또는 적어도 부분적인 수차 보상을 야기할 수 있으며, 따라서 광선의 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 본 명세서에 설명된 발산-변화 장치(1)는 상기 광선 경로 내에 추가 광학 장치들을 포함할 수 있으며, 상기 추가 광학 장치들은, 상기 발산-변화 장치(1)를 통한 다중 통과들에서 발생될 수 있는 수차들(예컨대 코마 수차 및/또는 코마-유사 수차)을 적어도 일부는 보상하도록 구성 및 배치된다.

이것은, 광선 빔(5)이 본 발명에 따른 발산-변화 장치(1)를 여러 번 통과한다면(예를 들어 그것이 역반사기 장치(60)를 포함한다면) 본 발명에 따른 발산-변화 장치(1)의 구성요소들 상에서 원하지 않는 비이상적 광학적 상 맺힘(수차)로 인해 발생할 수 있는 오차들이 강화되고 "더해지는" 것을 방지하고 오히려 그 오차들을 적어도 일부는 보상되도록 하는 광학 장치들을 상기 발산-변화 장치(1)가 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

본 발명에 따르면, 이것은 예를 들어 발산-변화 장치(1)를 통한 2번의 통과 사이에 발생되는 상기 주 광선(6)(및 그 광축 각각)에 대한 상기 광선 빔(5)의 회전 및/또는 반사에 의해 달성될 수 있다. 이것은, 상기 광선 빔(5)의 반사 및 회전의 전과 후에 각각, 상기 통과들 동안에 개별적으로 생성되는 수차들이 상기 광선 빔(5)의 적어도 부분적인 구역들 내에서 대향되는 방향으로 작용하는 것을 보장하는 방법이다.

예를 들어 광선-회전 장치(회전축으로서, 상기 주 광선(6) 및 상기 광선 축 각각을 중심으로 광선 빔(5)을 회전 또는 방향전환시키는 장치)는 상기 광선 빔(5)의 상기 발산-변화 장치(1)를 통한 제1 통과 후에 상기 광선 경로 내에 배치될 수 있다. 그 후, 위에서 설명된 바와 같이 상기 광선 빔(5)은, (예를 들어 약간) 변화된 입사각에서 상기 역반사기 장치(60)에 의해 발산-변화 장치(1)의 광선-편향 장치(30)에 다시 공급된다. 상기 발산-변화 장치(1)를 통한 이 (예를 들어) 제2 재-통과 동안에 발산 변화는 위에서 설명된 바와 같이 합산되거나 강화(reinforce)된다. 그런데 본 발명에 따르면 수차들(예를 들어 코마 수차 및/또는 코마-유사 수차)이 상기 광선 회전 장치에 의한 이전의 광선 회전으로 인하여 회전된 축들을 따라 작용함으로써, 상기 이전 (예를 들어 제1) 통과의 수차들의 적어도 부분적인 보상이 야기된다.

고정된, 미리 설정된 양만큼 또는 동적으로 선택가능한/설정가능한 양만큼 상기 광선 빔(5)의 광선 윤곽을 회전시키기 위한, 본 발명에 따른 광선 회전 장치는 예를 들어 여러 번의 반사들을 통한 3차원적 광선 안내에 의해 실현될 수 있다. 예를 들어 "도페(Dove)" 프리즘들 및/또는 이른바 "k-거울(k-mirror)" 구성들이 본 발명에 따른 광선 회전 장치로서 이용될 수 있는바, 그렇다면 여기에서 상기 광선 빔(5)은 상기 광선 회전 장치 내에서 예를 들어 3번 또는 그 이상 빈번하게 반사된다. 상기 광축을 중심으로 상기 도페 프리즘 또는 상기 k-거울 구성을 회전시킬 때, 상기 광선 빔(5)은 (상기 광선 축 및 상기 주 광선(6) 각각을 중심으로) 이중 회전각만큼 회전한다. 설명된 본 발명에 따른 상기 광선 회전 장치들에는 2개의 거울들(예를 들어 거울(60a/60b))을 구비한 역반사기(예를 들어 역반사기 장치(60))가 더 제공될 수 있으며, 따라서 예를 들어 총 5번의 반사들이 발생한다.

2개의 거울들만을 구비하는 대신에 적어도 3개의 거울들을 구비하는, 본 발명에 따른 광선 회전 장치의 역반사기의 실시예는 상기 광선 빔(5)의 재-반사와 함께 상기 광선 빔(5)의 광선 회전(예를 들어 90도)을 가능하게 함으로써 상기 광선 빔(5)이 상기 광선-편향 장치(5)에 다시 닿는바, 그런데 여기에서 상기 광선 빔(5)은 상기 광선 축 및 상기 주 광선(6)을 중심으로 회전/방향전환되거나(rotated/turned) 그리고/또는 반사된다. 위에서 설명된 바와 같은 이 적어도 부분적인 수차 보상은 원하지 않는 편광 효과의 감소도 야기할 것이다. 광선 회전 장치 대신에, 또는 광선 회전 장치에 덧붙여, 편광-회전 요소들도, 상기 발산-변화 장치(1) 내의 원하지 않는 편광 효과의 지향된 보상(directed compensation)을 야기하기 위하여, 상기 발산-변화 장치(1)의 광선 경로 내에 제공될 것이다.

Claims

가변적으로 조절가능한 방식으로 전자기 광선 빔(5)의 발산을 변화시키기 위한 발산-변화 장치(1)로서,
상기 전자기 광선 빔은 주 광선(6)에 의해 형성되고 선택적으로 그러한 주 광선 및 복수개의 추가 광선들을 포함하며,
상기 장치(1)는 :
상기 광선 빔(5)과 함께 적어도 상기 복수개의 추가 광선들을 제공하기 위한 광선원(10); 및
제1 초점(16), 제1 시스템 영역(17) 및 제2 시스템 영역(18)을 가지는 광학 시스템(15)을 구비하고, 그리고 광선-편향 장치(30)를 구비한 텔레센트릭(telecentric) 구성체(31); 및
광선-형상기(Strahlfaltvorrichtung; ray-folding device; 34)를 포함하고,
상기 광선-편향 장치(30)는 :
상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하게 배치되며; 그리고
상기 주 광선(6)이 상기 제1 초점(16)에서 또는 상기 제1 초점(16)에 인접해서 상기 광선-편향 장치(30)에 닿게 상기 광선원(10)으로부터 상기 광선 빔(5)이 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 방식으로 그리고 상기 광선원(10)으로부터 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)으로 나오는 광선 빔(5)을 상이한 입사각들로 공급할 수 있는 방식으로 배치 및 구성되며,
상기 제1 시스템 영역(17)으로 공급되는 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 그 입사각과 실질적으로 독립된 방향으로 상기 제1 시스템 영역(17)으로부터 편향되는 방식으로, 상기 광선 빔(5)이 상기 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히도록(imaged) 상기 광학 시스템(15)이 구성됨으로써, 상기 상 맺힘(imaging) 전과 비교하여 상이한, 상기 입사각에 종속되는 발산각에서 상기 광선 빔(5) 중 상기 복수개의 추가 광선들이 상기 주 광선(6)에 대하여 상 맺히게 되며,
상기 광선-형상기(34)는 :
상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 상기 광선 빔(5)을 상기 광학 시스템의 제2 시스템 영역(18)으로 편향시키는 방식으로 구성되며,
상기 광선 빔(5)이 상기 광선-편향 장치(30)에 다시 닿는 방식으로 상기 광선 빔(5)은 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)에 의해 상 맺혀지며, 상기 주 광선(6)은 상기 제1 초점(16)에서 또는 상기 제1 초점(16)에 인접해서 다시 상기 광선-편향 장치(30)에 닿으며, 상기 복수개의 추가 광선들은 상기 광선-편향 장치(30)에 다시 닿으며, 다시 닿는 광선 빔(5)은 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 편향되어 :
상기 다시 닿는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)의 위치 및 방향은 실질적으로 정지 상태이고(stationary),
상기 다시 닿는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은, i) 상기 광선원(10)으로부터 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)과 동일 직선상(collinear)에 있지 않거나, ii) 상기 광선원(10)으로부터 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)으로부터 물리적으로 분리되거나, 또는 iii) 상기 광선원(10)으로부터 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)과 동일 직선상(collinear)에 있지 않고 상기 광선원(10)으로부터 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 광선 빔(5) 중 주 광선(6)으로부터 물리적으로 분리되는, 발산-변화 장치.
제1항에 있어서, 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 상기 광선 빔(5) 중 상기 복수개의 추가 광선들은 상기 주 광선(6)에 대하여 상 맺힘 전과 비교하여 더 작은 발산각에서 상 맺히는, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 시스템(15)은 투과성 굴절 시스템(25)으로서 형성되는, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 시스템(15)은 반사 시스템(20)으로서 형성되는, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 시스템 영역(17)은 제1 시스템 영역 초점을 가지고, 상기 제2 시스템 영역(18)은 제2 시스템 영역 초점을 가지고, 상기 제1 시스템 영역(17) 및 상기 제2 시스템 영역(18)은 서로로부터 물리적으로 분리되도록 배치되며, 상기 제1 시스템 영역 초점 및 상기 제2 시스템 영역 초점은 공간적으로 실질적으로 수렴하며 함께 상기 광학 시스템(15)의 제1 초점(16)을 형성하는, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 시스템 영역(17) 및 상기 제2 시스템 영역(18)은 서로 일체로 형성됨으로써 상기 광학 시스템(15)을 일체로 형성하는, 발산-변화 장치.
제4항에 있어서, 상기 반사 시스템(20)의 제1 시스템 영역(17)은 제1 포물면형 반사면(21)으로서 형성되고, 상기 반사 시스템(20)의 제2 시스템 영역(18)은 제2 포물면형 반사면(22)으로서 형성되는, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광선-편향 장치(30)는 제1 거울 표면(30a)을 구비한 회전가능한 거울(30)을 포함하고, 상기 광선 빔(5)은 상기 제1 거울 표면(30a)에 의해 상기 제1 시스템 영역(17)에 공급될 수 있으며, 상기 광선 빔(5)은 상기 제2 시스템 영역(18)에 의해 상기 제1 거울 표면(30a)에 다시 상 맺히는, 발산-변화 장치.
제5항에 있어서, 상기 제1 시스템 영역(17) 및 상기 제2 시스템 영역(18)은 상기 제1 초점(16)이 상기 제1 시스템 영역(17)과 상기 제2 시스템 영역(18) 사이에서 배치되는 방식으로 구성 및 배치되고, 상기 광선-편향 장치(30)는, 제1 거울 표면(30a) 및 제2 거울 표면(30b)을 구비하는 회전가능한 이중 거울(30)을 포함하고, 상기 제1 거울 표면(30a) 및 상기 제2 거울 표면(30b) 모두가 상기 제1 초점(16) 내에 또는 상기 제1 초점(16)에 인접하게 배치되며, 상기 광선 빔(5)은 상기 제1 거울 표면(30a)에 의해 상기 제1 시스템 영역(17)에 공급될 수 있으며, 상기 광선 빔(5)은 상기 제2 시스템 영역(18)에 의해 상기 제2 거울 표면(30b)으로 상 맺히며, 상기 제1 초점(16) 내의 또는 상기 제1 초점(16)에 인접한 위치에서의 상기 제1 거울 표면(30a)의 법선 벡터(Flachennormale; surface normal)는, 상기 제1 초점(16) 내의 또는 상기 제1 초점(16)에 인접한 위치에서의 상기 제2 거울 표면(30b)의 법선 벡터의 성분에 실질적으로 대향되는 성분을 가지는, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 광선 경로는, 상기 광선-편향 장치(30), 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17), 상기 광선-형상기(ray-folding device; 34), 상기 광학 시스템(15)의 제2 시스템 영역(18)을 가로지르고 다시 상기 광선-편향 장치(30)로 가로질러 통과하는 상기 광선 빔(5)에 의해 한정되며, 상기 발산-변화 장치(1)에는 상기 광선 경로 내에서 서로로부터 분리되도록 배치되는, 원통형 상 맺힘 특성(cylindrical imaging properties)을 갖는 적어도 2개의 광학 요소들이 제공되고, 상기 광선 빔(5)은 상기 적어도 2개의 광학 요소들에 의해 상 맺히며, 상기 광학 요소들은, 광학 요소의 광선 빔(5)의 원통형 상 맺힘이 적어도 하나의 다른 광학 요소에 의해 실질적으로 보상됨으로써 상기 적어도 2개의 광학 요소들 사이에 실질적으로 점-형상의 초점(5a/b)이 형성되는 것이 방지되는 방식으로, 구성 및 배치되는, 발산-변화 장치.
제10항에 있어서, 원통형 상 맺힘 특성을 갖는 광학 요소는 원통 렌즈인, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 상기 광선 빔(5)은 수렴 방식으로 상 맺히고 선택적인(optionally) 초점(5a/b)을 형성하며, 상기 초점(5a/b)은, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상의 상기 광선 빔(5)의 입사각의 함수로서, 선택적인 초점구역(15a/b) 내에서 상이한 위치들에서 놓이고,
상기 초점구역(15a/b)은 :
만곡된 초점구역(15)이거나; 또는
제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 평면 초점구역의 법선 방향으로 상기 평면 초점구역에 닿지 않는 방식으로 형성된 상기 평면 초점구역인, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 컨트롤러(50)를 더 포함하며, 상기 광학 시스템(15)의 제1 시스템 영역(17) 상의 상기 광선 빔(5)의 입사각 및 입사 위치 중 적어도 하나가 상기 컨트롤러(50)에 의해 선택가능하고 지향되는 방식으로 조절가능하게끔 상기 컨트롤러(50)가 상기 광선-편향 장치(30)를 제어하도록 구성되는, 발산-변화 장치.
제10항에 있어서, 상기 광선-형상기(34)는 제1 광선-형상 거울(ray folding-mirror; 35) 및 제2 광선-형상 거울(40)을 포함하고, 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 상기 광학 시스템(15)에 공급되고 상기 광학 시스템의 제1 시스템 영역(17)에 의해 상 맺히는 광선 빔(5)이, 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 닿아 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 의해 선택적으로 적어도 하나의 광선-형상 중간 거울(ray-folding intermediate mirror; 41)을 통하여 상기 제2 광선-형상 거울(40)로 편향되고 상기 제2 광선-형상 거울(40)에 의해 상기 제2 시스템 영역(18)으로 편향되는 방식으로, 상기 제1 광선-형상 거울(35) 및 상기 제2 광선-형상 거울(40)이 배치 및 구성되는, 발산-변화 장치.
제14항에 있어서, 상기 제1 광선-형상 거울(35)에 원통형 상 맺힘 특성이 제공되고 상기 제2 광선-형상 거울(40)에 원통형 상 맺힘 특성이 제공됨으로써, 상기 제1 광선-형상 거울(35) 및 상기 제2 광선-형상 거울(40)은 선택적으로 상기 적어도 2개의 광학 요소들 중의 2개인, 발산-변화 장치.
제14항에 있어서, 상기 광선-형상기(34), 상기 제1 광선-형상 거울(35), 상기 제2 광선-형상 거울(40), 및 상기 적어도 하나의 광선-형상 중간 거울(41) 중 적어도 하나는 상기 광학 시스템(15)에 상대적으로 실질적으로 정지 상태이고 토크-방지되는(torque proof), 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광선원(10), 상기 광선-편향 장치(30), 상기 광학 시스템(15), 및 상기 광선-형상기(34) 중 적어도 하나는, 재료 가공을 위해 고성능 레이저와 함께 이용되도록 형성되는, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광선-편향 장치(30)는 회전가능한 거울(30)로서 형성되는, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 상기 제1 시스템 영역(17)에 공급되고 상기 광선-형상기(34)에 의해 상기 제1 시스템 영역(17)으로부터 상기 제2 시스템 영역(18)으로 편향되며, 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 다시 상기 광선-편향 장치(30)에 닿는 방식으로 상기 제2 시스템 영역(18)에 의해 상 맺히는, 상기 광선 빔(5) 중 주 광선은, 3차원 공간에서 연장(extending)하는, 발산-변화 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 역반사기 장치(retroreflector device; 60)를 더 포함하고, 상기 역반사기 장치(60)가 상기 광선 빔(5)을 상 맺게 하며 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 다시 상기 광선-편향 장치(30)에 닿게끔 상기 주 광선(6)의 위치 및 방향이 정지되는 방식으로 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 편향되도록, 상기 역반사기 장치가 배치 및 구성되고, 상기 역반사기 장치(60)로부터 오는 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은 상기 제1 초점(16)에서 또는 상기 제1 초점(16)에 인접해서 다시 상기 광선-편향 장치(30)에 닿음으로써, 상기 광선 빔(5)이 상기 발산-변화 장치(1)를 다시 통과하며, 상기 역반사기 장치(60)로부터 오는 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)은, 상기 광선원(10)으로부터 오는 상기 발산-변화 장치(1)를 통과했던 상기 광선 빔(5) 중 주 광선(6)이 상기 광선-편향 장치(30)에 의해 상기 역반사기 장치(60)를 향하여 상 맺히는 각도와 상이한 각도에서, 상기 광선-편향 장치(30)에 선택적으로 닿는, 발산-변화 장치.
삭제
제1항에 따른 발산-변화 장치(1), 2-D 스캐닝 시스템 및 컨트롤러(50)를 포함하는 광선 위치 및 발산-변화 장치로서, 상기 발산-변화 장치(1) 및 상기 2-D 스캐닝 시스템은 공통 광선 경로를 형성하고, 상기 발산-변화 장치(1)는 상기 공통 광선 경로 내에서 상기 2-D 스캐닝 시스템 전에 배치되며, 상기 2-D 스캐닝 시스템은, 상기 발산-변화 장치(1)로부터 나와서 상기 2-D 스캐닝 시스템에 닿는 광선 빔(5)의 전파 방향(direction of propagation)을 서로 독립적인 2개의 공간적 차원 내에서 조절하도록 구성되고, 상기 컨트롤러(50)는 제어 정보에 따라 선택가능하고 지향되는 방식으로 상기 발산-변화 장치(1)에 의해 발산 변화를 조절하고 상기 2-D 스캐닝 시스템으로써 상기 전파 방향을 조절하도록 구성되는, 광선 위치 및 발산-변화 장치.