散度改变装置.pdf

一种用于可变调节地改变电磁射线束(5)的散度改变装置(1)，具有：用于提供射线束(5)的射线源(10)；具有光学系统(15)和射线偏转装置(30)的基本远心布置(31)，该光学系统具有第一焦点(16)、第一系统区域(17)和第二系统区域(18)，射线偏转装置(30)被布置在第一焦点(16)上或临近第一焦点，且其这样地被布置和设置，使得射线束(5)从射线源(10)汇聚到射线偏转装置(30)上，其中，主射线(6)在第一焦点(16)上或临近第一焦点(16)地汇集到射线偏转装置(30)上，且射线偏转装置可将来自射线源(10)的射线束(5)以不同的入射角引导至光学系统(15)的第一系统区域(17)，其中，被光学系统(15)的第一系统区域(17)成像的射线束(5)借助于射线折转装置(34)被偏转到光学系统(15)的第二系统区域(18)，其中，射线束(5)被光学系统(15)的第二系统区域(18)成像成，使得射线束(5)再次汇集到射线偏转装置(30)上，且以恒定的位置离开散度改变装置(1)。

权利要求书
1.  一种用于可变调节地改变电磁射线束(5)的散度的散度改变装置(1)，该电磁射线束通过主射线(6)表示，且任选地具有这样的主射线以及多个副射线，该散度改变装置具有：
射线源(10)，用于提供至少具有多个副射线的射线束(5)；
具有光学系统(15)和射线偏转装置(30)的基本远心布置(31)，该光学系统具有第一焦点(16)、第一系统区域(17)和第二系统区域(18)，
射线偏转装置(30)被布置在第一焦点(16)上或临近第一焦点，且其这样地被布置和设置，使得射线束(5)从射线源(10)汇集到射线偏转装置(30)上，其中，主射线(6)在第一焦点(16)上或临近第一焦点(16)地汇集到射线偏转装置(30)上，且射线偏转装置可将来自射线源(10)的射线束(5)以不同的入射角引导至光学系统(15)的第一系统区域(17)，其中，光学系统(15)这样地构建，即，射线束(5)被第一系统区域(17)成像，使得被引导至第一系统区域(17)的射线束(5)的主射线(6)从第一系统区域(17)被偏转到基本独立于入射角的方向上，且使得射线束(5)的多个副射线以相比于在成像之前另外的以及取决于入射角的发散角相对于主射线(6)被成像；和
射线折转装置(34)，其被构建成，使得其将被光学系统(15)的第一系统区域(17)成像的射线束(5)偏转到光学系统(15)的第二系统区域(18)，其中，射线束(5)被光学系统(15)的第二系统区域(18)成像成，使得射线束(5)再次汇集到射线偏转装置(30)上，其中，主射线(6)在第一焦点(16)上或临近第一焦点(16)地再次汇集到射线偏转装置(30)上，且其中，多个副射线再次汇集到射线偏转装置(30)上，其中，再次汇集的射线束(5)被射线偏转装置(30)偏转成，使得其主射线(6)是基本位置固定的，且非共线地和/或空间地与射线束(5)的主射线(6)分开，该射线束从射线源(10)汇集到射线偏转装置(30)上。

2.  根据权利要求1所述的散度改变装置(1)，其中，由第一系统区域(17)成像的射线束(5)的多个副射线相对于主射线(6)以比成像前更小的发散角被成像。

3.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，光学系统 (15)被构建成透射的折射系统(25)。

4.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，光学系统(15)被构建成反射系统(20)。

5.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，第一系统区域(17)具有第一系统区域焦点，且第二系统区域(18)具有第二系统区域焦点，且其中，第一系统区域(17)和第二系统区域(18)被布置成在空间上相互分开的，其中，第一系统区域焦点和第二系统区域焦点基本在空间上重叠，且共同形成光学系统(15)的第一焦点(16)。

6.  根据权利要求1至4中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，第一系统区域(17)和第二系统区域(18)在光学系统(15)的集成构建的情况下相互集成地形成。

7.  根据权利要求4和5或4和6所述的散度改变装置(1)，其中，反射系统(25)的第一系统区域(17)被构建成抛物面形的反射面(21)，且反射系统(25)的第二系统区域(18)被构建成第二抛物面形的反射面(22)。

8.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，射线偏转装置(30)具有带有第一镜面(30a)的可旋转的镜子(30)，其中，射线束(5)借助于第一镜面(30a)可被引导至第一系统区域(17)，且其中，射线束(5)被第二系统区域(18)再次成像到第一镜面(30a)上。

9.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，只要引用权利要求3和5，其中，第一系统区域(17)和第二系统区域(18)被设置和布置成，使得第一焦点(16)被布置在第一系统区域(17)与第二系统区域(18)之间，其中，射线偏转装置(30)具有带有第一镜面(30a)和第二镜面(30b)的可旋转的双镜(30)，其中，第一镜面(30a)以及第二镜面(30b)被布置在第一焦点(16)上或邻近其附近，其中，射线束(5)借助于第一镜面(30a)可被引导至第一系统区域(17)，其中，射线束(5)被第二系统区域(18)成像到第二镜面(30b)上，且其中，第一镜面(30a)的面法线在第一焦点(16)上或邻近其附近具有下述分量，其基本上相反于第二镜面(30b)的面法线在第一焦点(16)或邻近其附的位置上近的分量。

10.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，射线路径通过射线束(5)限定，该射线束(5)在射线偏转装置(30)、光学系统(15) 的第一系统区域(17)、射线折转装置(34)、光学系统(15)的第二系统区域(18)且再次在射线偏转装置(30)上延伸，其中，提供散度改变装置(1)具有带有圆柱成像特性的至少两个光学元件，其在射线路径中相互分开地被布置，其中，射线束(5)借助于该至少两个光学元件被成像，其中，光学元件被设置和布置成，使得射线束(5)的圆柱成像通过光学元件被该至少另一光学元件基本补偿，使得在该至少两个光学元件之间避免形成基本点状的焦点(5a/b)。

11.  根据权利要求10所述的散度改变装置(1)，其中，具有圆柱成像特性的光学元件是圆柱透镜。

12.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，被光学系统(15)的第一系统区域(17)成像的射线束(5)被成像成收敛的，且形成任选虚拟的焦点(5a/b)，其中，焦点(5a/b)依赖于射线束(5)在光学系统(15)的第一系统区域(17)上的入射角地位于任选虚拟的焦面(15a/b)中的不同位置上，且其中，焦面(15a/b)是弯曲的焦面(15)或是平的焦面(15a/b)，其被构建成使得被第一系统区域(17)成像的射线束(5)的主射线(6)不在平的焦面(15a/b)的法线方向上汇集到平的焦面(15a/b)上。

13.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，此外具有控制装置(50)，其被设置成控制射线偏转装置(30)，使得其可以有针对性的和可选的方式设置射线束(5)在光学系统(15)的第一系统区域(17)上的入射角和/或入射位置。

14.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，射线折转装置(34)具有第一射线折转镜子(35)和第二射线折转镜子(40)，其中，第一射线折转镜子(35)和第二射线折转镜子(40)这样地被布置和构建，即，借助于射线偏转装置(30)被引导至光学系统(15)的且被光学系统的第一系统区域(17)成像的射线束(5)汇集到第一射线折转镜子(35)上，从第一射线折转镜子(35)任选地经过至少一个射线折转中间镜子(41)被偏转到第二射线折转镜子(40)上，且被第二射线折转镜子(40)偏转到第二系统区域(18)上。

15.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，只要引用权利要求10和14，其中，提供第一射线折转镜子(35)具有圆柱成像特性，且提供第二射线折转镜子(40)具有圆柱成像特性，使得第一射线折转镜子(35)和第 二射线折转镜子(40)任选地是至少两个光学元件中的两个。

16.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，只要引用权利要求14，其中，射线折转装置(34)和/或第一射线折转镜子(35)和/或第二射线折转镜子(40)和/或至少一个射线折转中间镜子(41)相对于光学系统(15)基本是位置固定的且抗扭的。

17.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，射线源(10)和/或射线偏转装置(30)和/或光学系统(15)和/或射线折转装置(34)被构建成用于与高功率激光进行材料加工。

18.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，射线偏转装置(30)被构建成双镜(30)。

19.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，从射线偏转装置(30)引导至第一系统区域(17)的、借助于射线折转装置(34)从第一系统区域(17)被偏转到第二系统区域(18)上的、且被第二系统区域(18)成像成再次汇集到射线偏转装置(30)上的射线束(5)的主射线(6)跨越三维空间。

20.  根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，此外具有回反射装置(60)，其被布置和设置成，使得其将射线束(5)成像成使得射线束(5)再次汇集到射线偏转装置(30)上，射线束(5)的主射线(6)被射线偏转装置(30)位置固定地偏转，其中，来自回反射装置(60)的射线束(5)的主射线(6)在第一焦点(16)上或在该第一焦点(16)附近再次汇集到射线偏转装置(30)上，使得射线束(5)重新通过散度改变装置(1)，其中，来自回反射装置(60)的射线束(5)的主射线(6)任选地以下述角度再次汇集到射线偏转装置(30)上，该角度不同于下述角度，即来自射线源(10)的通过散度改变装置(1)的射线束(5)的主射线(6)借助于射线偏转装置(30)以该角度被成像朝向回反射装置(60)。

21.  一种散度改变布置(2)，具有至少或正好两个根据前述权利要求中任一项所述的散度改变装置(1)，其中，该至少或正好两个散度改变装置(1)被布置成，使得其形成上游散度改变装置(1)和在其下游的散度改变装置(1)，具有共同的射线路径，其中，射线束(5)形成下游散度改变装置(1)的射线源(10)，所述射线束(5)的主射线(6)被上游散度改变装置(1)成像成位置 固定的。

22.  一种射线位置和散度改变装置，具有：根据权利要求1至20中任一项所述的散度改变装置(1)和/或根据权利要求21所述的散度改变布置、2D扫描系统以及控制装置(50)，其中，散度改变装置(1)和/或散度改变布置(2)与2D扫描系统形成共同的射线路径，其中只要分别提供，则散度改变装置(1)和散度改变布置(2)被布置在2D扫描系统之前，其中，2D扫描系统被设置成，将从散度改变装置(1)或散度改变布置中射出的且汇集到2D扫描系统上的射线束(5)的传播方向设置到两个相互独立的空间维度中，且其中，控制装置(50)被设置成，传播方向借助于2D扫描系统而散度改变借助于散度改变装置(1)和/或散度改变布置(2)以指定的及可选择的方式根据控制信息设置。

说明书散度改变装置
本发明涉及一种散度改变装置，特别涉及具有基本远心光学布置的散度改变装置，用于可变调节地改变电磁射线束的发散角。
背景技术
改变诸如激光的电磁射线的散度在多个领域中是必要的，例如对于材料加工或显微术。例如改变射线的散度可能是必要的，从而通过改变散度而移动电磁射线的焦点。
例如，对于激光材料加工可能必要的是，利用可快速改变的焦距将激光射线的工作焦点聚焦到待加工的工件上，从而实现最佳的加工效率，因为通常激光射线借助于多个可控制的且可移动的镜高速地被引导到工件上。在此，由于工件的尺寸导致激光源与工件之间的不同距离，因此可能必要的是，快速地聚焦激光射线，从而实现将激光射线的能量有效且精确地传递到工件上。
因此期望一种用于改变电磁射线的散度的散度改变装置。
发明内容
对此，本发明提出一种用于可变调节地改变电磁射线束的散度的散度改变装置，该电磁射线束通过主射线表示，且任选地具有这样的主射线以及多个副射线，该散度改变装置具有：射线源，用于提供至少具有多个副射线的射线束；具有光学系统和射线偏转装置的基本远心布置，该光学系统具有第一焦点、第一系统区域和第二系统区域，射线偏转装置被布置在第一焦点上或临近第一焦点，且其这样地被布置和设置，使得射线束从射线源汇集到射线偏转装置上，其中，主射线在第一焦点上或临近第一焦点地汇集到射线偏转装置上，且射线偏转装置可将来自射线源的射线束以不同的入射角引导至光学系统的第一系统区域，其中，光学系统这样地构建，即，射线束被第一系统区域成像(abbilden)，使得被引导至第一系统区域的射线束的主射线从第一系统区域被偏转到基本独立于入射角的方向上，且使得射线束的多个副射线以相比于在成像之前另外的以及取决于入射角的发散角相对于主射线被成像；以及射线折转装置，其被构建成，使得其将被光学系统的第一系统区域成像的射线束偏转到光学系统的第二系统区域，其中，射线束被光学系统的第二系统区域成像成，使得射线束再次汇集到射线偏转装置上，其中，主射线在第一焦点上或临近第一焦点地再次 汇集到射线偏转装置上，且其中，多个副射线再次汇集到射线偏转装置上，其中，再次汇集的射线束被射线偏转装置偏转成，使得其主射线是基本位置固定的，且非共线地和/或空间地与射线束的主射线分开，该射线束从射线源汇集到射线偏转装置上。
此外，本发明提供一种散度改变布置，具有至少或正好两个如前所述的散度改变装置，其中，该至少或正好两个散度改变装置被布置成，使得其形成上游散度改变装置和在其下游的散度改变装置，具有共同的射线路径，其中，射线束形成下游散度改变装置的射线源，所述射线束的主射线被上游散度改变装置成像成位置固定的。
此外，本发明提供一种射线位置和散度改变装置，具有：如上所述的散度改变装置和/或散度改变布置、2D扫描系统以及控制装置，其中，散度改变装置和/或散度改变布置与2D扫描系统形成共同的射线路径，其中只要分别提供，则散度改变装置和散度改变布置被布置在射线路径中在2D扫描系统之前，其中，2D扫描系统被设置成，将从散度改变装置或散度改变布置中射出的且汇集到2D扫描系统上的射线束的传播方向设置到两个相互独立的空间维度中，且其中，控制装置被设置成，传播方向借助于2D扫描系统且散度改变借助于散度改变装置和/或散度改变布置以指定的及可选择的方式根据控制信息设置。
附图描述
图1从两个视角示意性地示出根据本发明的散度改变装置，具有光学系统，其被构建成折射系统。
图2示意性地示出根据本发明的散度改变装置，具有光学系统，其被构建成反射系统。
图3以透视图示意性地示出根据本发明的散度改变装置，具有光学系统，其被构建成反射系统。
图4示意性地示出根据本发明的散度改变装置，此外其中集成了射线扩张功能。
图5示意性地示出根据本发明的另一实施例的散度改变装置。
图6示意性地示出散度改变布置，具有两个根据本发明的散度改变装置。
图7示意性的示出散度改变装置，具有根据本发明的回反射装置，其可被提供给散度改变装置的各实施方式。
图8示意性地根据本发明的散度改变装置或散度改变布置的示意图以及回反射装置。
具体实施方式
本发明结合附图提供用于改变电磁射线束5的散度的散度改变装置1。散度改变装置1具有射线源10，用于产生电磁射线束5。射线源10可被设置成，提供或产生电磁射线束5(下文中也简称为“射线束”)，其可具有任意的偏振，例如线偏振、圆偏振或椭圆偏振。射线源10可设置成，提供具有任意波长的射线束5。射线源10可以例如是激光射线源10、用于可见光的射线源10或用于紫外或红外射线的射线源10。射线源10可以是脉冲激光射线源10，其产生多个脉冲的、即时间上中断的射线束5，或射线源10可以是激光射线源10，其产生连续的射线束5。射线源10可以是高效能射线源，其产生可适用于材料加工(例如，熔化或汽化诸如钢的金属)的射线。由射线源10产生的射线束5可具有多个(例如大量)射线(例如单射线)，且可具有任意的横截面，例如圆形、椭圆形、或多角形的横截面。射线束5可具有散度。散度可表示成射线束的射线相互汇合或相互远离的角度。射线源10例如可以是激光射线源10，具有超过2mW的功率(例如具有激光功率级2之上的激光功率级)，具有超过500mW的功率，具有超过10W和/或具有直至20kW的功率。激光射线源10可以例如是脉冲辐射，具有小于1μs的脉冲持续时间，以及具有高于100nJ或高于1mJ的脉冲能量和/或具有低于几个焦耳的脉冲能量(例如低于5J)。激光射线源10例如也可以产生脉冲辐射，其具有小于大致10ps的脉冲持续时间，且具有大致1至10nJ的脉冲能量，例如当根据本发明的装置用于加工或用于与生物组织相互作用(例如，实施眼睛上的手术等)时。在该点上，射线源10也可以是(例如虚拟的)入射光瞳，通过其为散度改变装置1提供射线束5，也就是说，射线源10不必是物理的、实体的射线源10。在该情况下，通过射线源10提供射线束5，其对应于由上述“物理的”射线源10所产生的射线束5。
在该点上，平行的射线束5可具有零散度，发散的射线束具有正值的散度，且收敛的射线束具有负值。相应地，射线束5可以是平行的(即，例如射线束5的射线基本相互平行的延伸)、发散的(即，例如射线基本相互远离)、或收敛的(即，例如射线基本相互收拢)，例如当其离开射线源10时。
在下文中对散度改变装置1功能方面的描述中，射线束5通过主射线6以 及多个副射线以数学方式表示，如在光学系统中常见的，主射线基本上在射线束5的中间延伸，且表示射线束5的传播方向，副射线在射线束中可围绕主射线6周围布置，且其方向相对于主射线6可取决于位置在射线束5内被倾斜，由此表示射线束5的散度。射线束5可具有多个副射线和这样的主射线6，或主射线可在射线束5中不存在，例如被隐藏(例如，借助于隔板)，或不通过射线源10提供。在该情况下，主射线6可以是虚拟的主射线6，其基本上可描述/表示射线束5的传播方向。
然而，针对功能描述的该术语不限制射线束5的可能特性，因此例如由不同的几何形状、波长和偏振的多个部分束构成的射线束5的组合是可能的。同样地，根据本发明下述射线束5是可能的，即，其强度分布在横截面上是不均匀的或不对称的，或其强度分布在主射线6的区域中具有最小值或最大值。
当在下文中，相对于射线或射线束使用概念“成像”时，则可以理解成，第一射线被偏转或引导通过光学系统/光学部件，使得其在光学系统之后的进一步延伸中通过第二射线或射线束描述。在该意义下，第一射线或第一射线束被成像到第二射线或第二射线束上。关于此点，概念“成像”可在光学成像的意义下理解。
散度改变装置1具有光学系统15，其与射线偏转装置30一起形成基本远心布置31，射线偏转装置被布置在光学系统15的第一焦点16上或临近第一焦点。远心(光学)布置被看成具有远心成像特性的布置。例如当通过光学系统15的第一焦点16入射到光学系统15上的射线独立于入射角和/或射线汇集到光学系统15上的位置被偏转到一方向上时，存在远心成像特性。换而言之，对于远心成像，延伸通过第一焦点16且汇集到光学系统15上的射线相互平行地被偏转到一方向上，其独立于入射角或入射位置到光学系统15上。光学系统15可被实施成，使得其具有成像特性，该特性对应于抛物面镜的特性(例如，入射的射线束可相对于其散度被成像成，如同其在抛物面镜上被反射)。根据本发明，远心成像例如可借助于具有光学系统15的远心布置31或通过其他方式实现，该光学系统具有反射系统20(例如抛物面形反射器20)或远心折射系统25(例如透镜系统)。远心布置31可具有这样的结构和/或构建有这样的材料，即，其适用于成像传输高功率的射线束5。
光学系统15具有第一系统区域17和第二系统区域18。第一系统区域17和 第二系统区域18可具有不同的光学特性或相同的光学特性，且可以被构建成在空间上相互分开的(例如，构建成分开的区域)，或可以被构建成相互成整体的(例如整体集成)。第一系统区域17和第二系统区域18例如可以通过分别单独的、分开的反射系统(例如抛物面镜)形成，或分别通过单独的、分开的折射系统(例如，透镜系统，例如具有一个或多个透射光学元件或例如焦阑物镜)形成。
形成光学系统15的第一系统区域17和第二系统区域18可与射线偏转装置30一起作用共同提供远心布置31的远心成像特性。这表示，第一系统区域17可具有远心成像特性，且第二系统区域18可具有远心成像特性，其中，第一系统区域17的(物方)焦点和第二系统区域18的(像方)焦点基本在第一焦点16的位置上重叠，使得其共同形成第一焦点16。
根据本发明，不通过第一焦点16汇集到光学系统15的第一系统区域17上的射线被光学系统15的第一系统区域17以与下述射线成一定角度地偏转，该射线通过第一焦点16汇集到光学系统15的第一系统区域17上。
根据本发明，射线束5的通过第一焦点16(或位于第一焦点16附近的点)汇集到光学系统15的第一系统区域17上的射线是主射线6，且射线束5的其他射线是副射线。在不存在的、例如被隐藏消失的或未提供的主射线6的情况下，相应的假设/虚拟存在的主射线6汇集到焦点16上或到焦点16附近。不是所有由射线源10产生的射线属于必须例如汇集到第一系统区域17、第二系统区域18和/或射线偏转装置30上的射线束5，而是射线束5可以是由射线源10提供或产生的射线的一部分。
射线束5的副射线被第一系统区域17偏转至射线束5的主射线6的角度取决于射线束5汇集到光学系统15的第一系统区域17上的入射角(和/或入射地点)。相应地，通过光学系统15的第一系统区域17成像的射线束5的散度不同于(例如小于或大于)在通过光学系统15的第一系统区域17成像之前的同一射线束5的散度。如上所述的，通过光学系统15的第一系统区域17成像之后的副射线与主射线6限定的角度取决于射线束5汇集到光学系统15(或其第一系统区域17)上的位置和/或角度。
这例如导致，延伸通过第一焦点16的主射线6被偏转到独立于入射角和/或主射线6汇集到第一系统区域17上的方向上。射线束5的在此称为副射线的 通过光学系统15的第一系统区域17成像的其他射线限定相对于延伸通过第一焦点16的主射线6的角度，其中，该角度取决于入射角和/或射线束5到第一系统区域17上的入射位置。
在射线束5的主射线6和副射线之间限定的(或例如与主射线限定平面的两个副射线之间的)角度(发散角)，在通过光学系统15的第一系统区域17成像之后不同于，例如小于或大于成像之前的发散角。这例如可导致，通过第一焦点16汇集和成像到光学系统15上的发散的或平行的射线束5通过光学系统15的第一系统区域17被成像成收敛的射线束5，或发散的射线束5通过第一系统区域17光学系统1被成像成具有更小散度的发散的射线束。同样地，例如收敛的射线束5可以通过光学系统15的第一系统区域17被成像成收敛的射线束5，其中，射线束5在通过光学系统15的第一系统区域17成像之后的收敛特性可比成像之前更强烈。
当射线束5通过光学系统15的第一系统区域17被成像成收敛的射线束5时，该收敛的射线束5可形成焦点5a或焦线5a。焦点5a可以是在射线束5通过光学系统15的第一系统区域17成像之后，多个(例如所有)收敛的射线束5的射线汇集的点。焦线5a可以是例如当通过射线路径中的元件在散度改变装置之前和/或内和/或之后妨碍形成焦点时出现的线，如可以是下述情况，即，当光学系统15根据本发明具有(或相应地被构建)额外的柱面透镜或具有额外的抛物柱面镜或射线折转装置34的镜子具有合适的柱形折射能力(例如被构建成抛物柱面镜)时。为简化描述，在下文中，概念“焦点”既用于焦点5a也用于焦线5a。
焦点5a也不必需被构建成实际的点，而也可以由于由第一系统区域17造成的成像失常而被构建成模糊的。成像失常例如也可以通过对射线适当(例如对称)引导通过第二系统区域18再次至少部分地被补充。对于一些应用，被构建成反射系统20的光学系统15可比被构建成折射系统25的光学系统15更适用，因为产生少的或不产生像差/成像失常。在形成模糊的“焦点”5a时，即，形成具有更大的空间膨胀的焦点时(即，也在焦线的情况下)，焦点5a的区域中的光功率密度减小，这例如与具有高功率密度的射线源连接是有利的。对于在图2和3中所示的实施例，在一些应用情况下有利的是，通过在第一系统区域17处的第一成像形成“模糊的”焦点5a/b(这导致焦点上更低的功率密度)，且焦点 5a/b的模糊性因为光学系统15的对称特性通过在第二系统区域18处的成像再次被补偿。
根据本发明，焦点5a可在散度改变装置1的射线路径中仅出现在散度改变装置1之外。例如，由光学系统15的第一系统区域17成像的射线束5的散度可以是，使得不出现散度改变装置1内的实际焦点5a(即，例如，如下文中，在射线束5通过射线偏转装置30的第二偏转之前)，即使通过光学系统15的第一系统区域17成像的射线束5可以是收敛的。例如，散度改变装置1的射线路径可被形成，使得收敛的射线束5仅在散度改变装置1之外形成焦点5a(其例如也可以是工作焦点)，或从不形成实际的焦点5a，而仅被成像成使得其在没有进一步的影响下在散度改变装置1的射线路径中形成虚拟焦点5b。焦点5a/b可取决于射线束5的入射角地被布置到光学系统15在焦面(例如焦平面)上的第一系统区域17上，即，焦点5a/b可以根据射线束5的入射角和/或入射位置被布置到光学系统15的第一系统区域17上在焦面中的另一位置上。焦面可以是弯曲的焦面或平的焦面(焦平面)。
类似于虚拟焦点5b，且作为其结果，当射线束5不经受与散度改变装置1的部件的进一步相互作用时，焦面也可以是实际的焦面15a或虚拟焦点5b所处的虚拟的焦面15b。
根据本发明，也可以存在虚拟焦点5b，同时存在实际焦点5a(参见图1)，其中，虚拟焦点5b可以是通过光学系统15的第一系统区域17成像的射线束5形成的焦点，只要不出现与散度改变装置1的部件的相互作用，且其中，实际焦点5a可以是下述焦点，即，其位置由于射线束5与散度改变装置1的部件的相互作用而与虚拟焦点5b的位置不同。
根据本发明，光学系统15可被设置成，使得所有射线束5的焦点5a(或虚拟焦点5b)位于焦面15a上(其类似于虚拟焦点5b可以是虚拟焦面15b)，射线束5的主射线6通过第一焦点16(或其附近的点)汇集到光学系统15的第一系统区域17上，且其通过光学系统15的第一系统区域17被成像。焦面15a/b的特性和位置是光学系统15的光学特性的结果。光学系统15可被构建成，使得焦面15a/b是弯曲的焦面15a/b，或其可以是相对于光学系统15的光轴为倾斜的焦平面15a/b(例如，倾斜的焦平面可被构建成，由光学系统15的第一系统区域17成像的射线束5的主射线6，独立于射线束5的入射角在非倾斜的焦平 面15a/b的法线方向的方向上，碰到倾斜的焦平面15a/b汇集到光学系统15的第一系统区域17上)，或其可以是另一焦平面15a/b。
相应地，延伸通过光学系统15的第一焦点16的且通过光学系统15的第一系统区域17成像的所有射线束5的焦点5a/b可在弯曲的焦面15a/b上。弯曲的焦面15a/b的弯曲可通过构建光学系统15而导致，且可以例如是抛物线形的弯曲的焦面15a/b，和/或可以是抛物面形的弯曲的焦面15a/b。对于相应构建的光学系统15的情况，弯曲的焦面15a/b也可以具有其他形状，例如，弯曲的焦面15a/b也可以通过函数(例如多项式)以不同于2(如抛物线的情况)的指数限定，例如，指数可以是4或6(或例如是3或5)，和/或也可以是范围2至6中的有理值。限定弯曲的焦面15a/b的函数的参数，如抛物线参数或其他参数，可以是可自由选择的。
散度改变装置1的远心布置31具有射线偏转装置30。射线偏转装置30被布置在光学系统15的第一焦点16上或其附近(例如与其邻近，例如与其邻接)，且被设置用于将汇集到射线偏转装置30上的射线束5偏转到光学系统15的第一系统区域17上。射线偏转装置30被设置用于，设置被偏转到光学系统15的第一系统区域17上的射线束5的碰撞位置和/或碰撞角。射线偏转装置30可与光学系统15一起作用地用于，以下述方式在(若需要则虚拟的)焦面15a/b上移动射线束5的(如需要则虚拟的)焦点5a/b，即，射线束5在光学系统15的第一系统区域17上的碰撞点和/或碰撞角借助于射线偏转装置30被设置。
射线偏转装置30可以例如是具有自由度的可旋转的镜子30(即，例如，其可以具有旋转轴线32)。为旋转可旋转的镜子30，该镜子可与促动器(例如抗扭地)连接。促动器可以例如是扫描器或检流计驱动，其可以使得可旋转的镜子30快速旋转。射线偏转装置30可以是检流计-扫描器，其具有与检流计驱动可旋转地连接的镜子。射线偏转装置30可以具有这样的结构和/或使用这样的材料被制造，其适用于成像具有高能量/功率的射线束5。
额外地，根据本发明，可提供具有控制装置50(参见图2或4)的散度改变装置1，从而控制射线偏转装置30，使得其可选择性地且可控制地设置射线束5到光学系统15上的入射角或入射位置。当射线偏转装置30例如具有可旋转的镜子30，其可借助于促动器旋转，控制装置可控制促动器，其可通过镜子的机械旋转再次产生镜子围绕预定的旋转角的旋转。额外地，控制装置50也可 与射线源10连接，从而控制射线源10的运行。控制装置50可被设置成，使得其可根据输入值和/或算法设置从第二系统区域18入射到射线偏转装置30上的射线束的散度或散度改变。例如，控制装置50可由使用者或另一控制设备提供所期望的散度值，且控制设备可借助于相应地设置射线偏转装置30而设置散度，例如也在使用反馈控制的情况下，其使用实际测量的射线束5的散度作为反馈值。
可旋转的镜子30可具有第一镜面30a，其可被实施成平面镜，或被实施成具有另一几何形状的镜面30a，例如被实施成抛物面镜面、抛物柱面镜面或蛋形镜面。根据实施例，射线偏转装置30也可被实施成具有第一镜面30a和第二镜面30b的可旋转的双镜30，其可基本相互平行地布置，其中，镜面的各面法线相反地被布置。第一镜面30a也可与第二镜面30b限定一角度。
射线偏转装置30例如也可以是声光射线偏转装置、电光射线偏转装置或压电驱动的射线偏转装置，或其具有额外或作为变型其中一种。
散度改变装置1具有射线折转装置34。射线折转装置34被构建成，使得其将通过光学系统15的第一系统区域17成像的射线束5再次通过光学系统15，即，通过光学系统15的第二系统区域18，引导返回至射线偏转装置30。例如，射线折转装置34可将借助于射线偏转装置30被偏转到光学系统15的第一系统区域17上的、且借助于光学系统15被第一系统区域17成像的射线束5偏转至光学系统15的第二系统区域18。射线折转装置34可被构建成，使得射线束5射入射线折转装置34中的主射线6基本平行于射线束5的离开射线折转装置34的主射线6，且出射的射线束5可具有与入射相反的传播方向。射线折转装置34也可被构建成，使得射线束5射入射线折转装置34中的主射线6不平行于射线束5的离开射线折转装置34的主射线6，例如当第一和第二系统区域17相对于其光轴相互倾斜，且射线折转装置34被构建成使得其补偿倾斜时。
射线折转装置34可设置和布置成，使得射线束5入射到装置上的主射线6距射线束5的出射该装置的主射线6一定距离，且入射的射线束5的主射线6与出射的射线束5的主射线6可相对于光学系统15的包括光轴的平面对称。如例如在图4中所示的，射线折转装置34也可被设置和布置成，使得不存在这样的对称。
射线折转装置34可相对于光学系统15是位置固定的和抗扭的。射线折转 装置34可具有第一射线折转镜子35和/或第二射线折转镜子40。第一射线折转镜子35和/或第二射线折转镜子40可相对于光学系统15是位置固定的，且可以相互地和/或与光学系统15分别限定(例如不可改变的)被限定的角度。第一射线折转镜子35和/或第二射线折转镜子40可分别具有平面镜或可以是这样的镜子。射线折转装置34(例如，第一射线折转镜子35和/或第二射线折转镜子40)可被构建成，其适用于反射高功率的激光射线，如例如用于材料加工中。
第一射线折转镜子35可被布置成，使得射线束5在例如通过远心布置31的光学系统15的第一系统区域17基本远心成像之后汇集到第一射线折转镜子35上，例如相对于主射线6以基本45°的角度或以另一角度。第一射线折转镜子35可被布置成，使得通过光学系统15收敛成像的射线束5收敛地汇集到第一射线折转镜子35上(即，例如在几何形状方面，在射线束5在弯曲的焦面15a上形成焦点5a之前)，或发散地汇集到第一射线折转镜子35上(即，例如在几何形状方面，在射线束5在弯曲的焦面15a上形成焦点5a且射线束5发散之后)。第一射线折转镜子35可被设置成，使得其以一角度偏转入射的射线束，从而入射到第一射线折转镜子35上的射线束5与从第一射线折转镜子35出射的射线束5(例如，相对于射线束5的主射线6)限定一角度。
第二射线折转镜子40可被布置成，使得借助于第一射线折转镜子35被偏转的射线束5汇集到第二射线折转镜子40上，例如相对于主射线6以基本45°的角度或以另一角度。第二射线折转镜子40可以被布置成，使得通过光学系统15的第一系统区域17收敛成像的且进一步通过第一射线折转镜子35偏转的射线束5收敛汇集到第二射线折转镜子40上(即，例如在几何形状方面，在射线束5在弯曲的焦面15a上形成焦点5a之前)，或发散地汇集到第二射线折转镜子40上(即，例如在几何形状方面，在射线束5在弯曲的焦面15a上形成焦点5a且射线束5发散之后)。第二射线折转镜子40可被设置成，使得其以一角度偏转入射的射线束，从而入射到第二射线折转镜子40的射线束5与从第一射线折转镜子40出射的射线束5(例如，相对于射线束5的主射线6)限定一角度。
在第一射线折转镜子35与第二射线折转镜子40之间可布置其他的射线折转中间镜子，射线束5可通过所述镜子从第一射线折转镜子35被偏转到第二射线折转镜子40上。
射线折转装置34也可具有其他数量的射线折转镜子，不同于两个射线折转 镜子。
根据本发明的实施例，射线折转镜子(例如位于射线路径中在第一系统区域17之后的第一射线折转镜子35和位于射线路径中在第二系统区域18之前的第二射线折转镜子40)可被提供有柱形成像特性(即，例如被构建成抛物柱面镜)，从而避免形成具有高功率/能量密度的“点形”焦点5a。
射线折转装置34也可以具有多个棱镜，射线束5通过其被偏转，例如从光学系统15的第一系统区域17至光学系统15的第二系统区域18。
射线折转装置34也可具有至少一个透镜(例如凸透镜)和布置在该透镜的焦点上(或其附近的)的镜子，其中，透镜和镜子可被设置和布置成，使得从光学系统15的第一系统区域17聚集到射线折转装置34上的射线束5借助于射线折转装置34如上所述地被偏转到光学系统15的第二系统区域18上。
通过射线折转装置34汇集到远心布置31的光学系统15的第二系统区域18上的射线束5可通过光学系统15(或其第二系统区域18)功能上相反地(相反远心地)被成像，且射线束5的主射线6可从光学系统15的第二系统区域18再次被偏转到光学系统15的第一焦点16上，且射线束5的其他射线可与在第一焦点16上被成像的主射线成角度地被成像，使得可以产生收敛的、平行的或发散的射线束5。离开散度改变装置的射线束的散度可由此通过设置射线偏转装置的偏转角而在设置区域中被设置。
散度改变装置1的部件(例如射线源10、光学系统15、射线偏转装置30、射线折转装置34)可被布置成，使得由射线源10产生的射线束5可选地可直接(“直接”在此可表示，在两个部件之间除了诸如空气或其他气体的介质外不布置其他光学部件)汇集到射线偏转装置30上。
射线偏转装置30被布置在光学系统15的第一焦点16上或(例如接近)邻近该第一焦点16且被设置成，使得其将射线束5被偏转到光学系统15的第一系统区域17上。射线束5可借助于射线偏转装置30以不同的入射角(和/或在不同的位置上)汇集到光学系统15上(在可旋转的镜子作为射线偏转装置30的情况下，例如根据可旋转的镜子30的旋转角)。这如上所述地导致，射线束5被第一系统区域17利用相比于在成像之前更小的散度成像成，使得射线束5从光学系统15的第一系统区域17出射。只要射线束5被成像成收敛的射线束5，则射线束形成(例如虚拟的)焦点5a/b，焦点可取决于射线束5的入射角地位 于光学系统15的第一系统区域17上在(如需要则虚拟的)弯曲的焦面或(若需要则虚拟)倾斜的(例如虚拟的)焦平面15a/b上。倾斜的焦平面15a/b可例如相对于光学系统15的光轴是倾斜的，即，光轴可在非焦平面的法线方向上横切倾斜的焦平面。即，可例如取决于射线偏转装置30地在(虚拟的)焦面/焦平面15a/b上移动射线束5的(虚拟)焦点5a/b。
散度改变装置1可被提供用于，通过下述方式设置由射线源10提供的射线束5的工作焦点(例如在工件表面上)，即，射线束借助于射线偏转装置30以不同的入射角(和/或不同的入射位置)被引导至光学系统15的第一系统区域17，由此由光学系统15成像的射线束5的散度可以是可设置的。通过光学系统15的第一系统区域17成像的射线束5可借助于射线折转装置34再次被偏转到光学系统15上(到其第二系统区域18上)，且通过光学系统15的第二系统区域18被功能相反地远心成像，使得被成像的射线束5的主射线6在第一焦点16处(或在临近焦点16的点处)再次汇集到射线偏转装置30上。由此，从射线偏转装置30出射的射线(来自第二系统区域18)的出射位置和出射方向基本独立于入射角或入射位置地保持恒定，射线束5以该入射角或在该入射位置上汇集到光学系统15的第一系统区域17上。即，利用散度改变装置1，可通过额外的聚焦装置或在没有聚焦装置的情况下，实现在工作面中在其位置上沿着射线束5的传播方向可调节的焦点，例如在散度改变装置1之外，其中，从射线偏转装置30出射的射线(在借助于光学系统15的两次成像之后)的位置和方向可保持恒定，且可独立于焦点的位置。
换而言之，可以通过焦面15a/b的弯曲或倾斜实现，射线束5在通过散度改变装置1期间整体出现的整体散度改变取决于射线偏转装置30的设置的偏转角。在出现真实(即，实际)焦点5a(中间焦点)或真实焦线5a(中间线焦点)的实施方式中，散度改变的原因在于沿着主射线6从焦点5a至第二系统区域18的路径的设置的路径长度(若焦点或焦线5a仅虚拟构建，则该描述是类似的)。该路径长度由于焦面15a/b的弯曲或倾斜而变化，且可通过选择射线偏转装置30的偏转角而被设置。由此，焦点5a/b通过第二系统区域18在不同(正的或负的)间距的点上被成像，其对应于不同的发散角。对此要求的是，第二系统区域18的成像特性不完全补偿(例如甚至加强)通过第一系统区域17导致的焦面15a/b的弯曲或倾斜。这在图1至5中所示的散度改变装置1中可以是在下 述情况下如此，即，当使用相同类型的第一和第二系统区域17和18时，即，例如两个对称的或类似的(例如按比例的)物镜半或相同朝向的抛物面段，或系统区域17和18是整体集成的轴对称的抛物面或整体集成的轴对称的透镜系统。
散度改变装置1可被布置和构建成，使得射线束的焦点5a出现在光学系统15与第一射线折转镜子35之间，在第一射线折转镜子35与第二射线折转镜子40之间(例如在射线折转中间镜子之前或之后的射线路径中(参见下面))，和/或在第二射线折转镜子40与光学系统15之间，和/或散度改变装置1可被构建成，使得焦点仅出现在散度改变装置1之外，和/或不出现实际和/或虚拟焦点5a/b。
散度改变装置1的所有部件可被布置成，使得其被布置远离射线束5的焦点5a，由此散度改变装置1的部件暴露承受的最大的电磁功率密度(强度)或最大的电磁能量密度(在脉冲射线的情况下)可变小。由此，散度改变装置1可适用于与强射线源(例如高功率射线源)10一起使用，其例如对于材料加工可能是必须的。
散度改变装置1(或光学系统15)可具有额外的光学部件，如射线路径中的一个或多个柱面透镜，通过其可避免实际形成“点形”焦点5a，从而避免在点上的高功率密度(能量密度)。例如，具有柱性成像特性的第一光学元件可被布置在第一射线镜子35之后的射线路径中，且另一光学元件可被布置在第二射线折转镜子40之前的射线中(或例如一般在通过光学系统15的第二成像之前的在射线路径中最后的射线折转镜子之前)，该另一光学元件具有基本对应第一光学元件的、功能相反的柱形成像特性。焦点由此可以是虚拟的焦线5b，和/或可以是(实际的)焦线5a。
射线源10、光学系统15、射线偏转装置30以及射线折转装置34可任选地被布置成，使得在其之间不存在其他光学部件，即，其可在射线路径中直接相继地被布置。可以在射线源10与射线偏转装置30之间的射线路径中，或在通过光学系统15的第二成像之后的射线路径中，例如在通过射线偏转装置30的(第二)偏转之后，或在另一位置上提供例如具有正折射能力的光学部件(例如凸透镜)，和/或(同时地或替选地)可在射线源10与射线偏转装置30之间的射线路径中，或在通过光学系统15的第二成像之后的射线路径中，例如在通过 射线偏转装置30的(第二)偏转之后，或在另一位置上提供具有负折射能力的光学部件(例如散射透镜)。
根据本发明，射线偏转装置30、光学系统15以及射线折转装置34可被设置和布置成，使得来自射线源10首次汇集到射线偏转装置30上的射线束5的主射线6，沿着第一半直线(例如直线)汇集到其上。第一半直线的端点可在第一焦点16上或其附近，且射线束5可从射线源10沿着第一半直线向第一半直线的端点延伸地汇集到射线偏转装置30上。第二射线折转镜子40可被布置成，使得其偏转射线束5，从而射线束再次汇集到光学系统15上，即汇集到光学系统15的第二系统区域18上，使得射线束5的主射线6通过光学系统15的第二系统区域18再次被偏转到第一焦点16上，从而在此(或在其附近)再次汇集到射线偏转装置30上，且使得射线束5的副射线(或副射线的一部分)再次汇集到射线偏转装置30上。射线束5的主射线6可从射线偏转装置30离开沿着第二半直线(例如第二直线)被偏转，该第二半直线的端点可在第一焦点16上或在其附近，其中，第二半直线具有基本恒定且独立的位置，其独立于射线束5到光学系统15上的入射角或入射位置，且副射线(或副射线的一部分)可相应地被偏转。上述的第二半直线除了最多一个的共同点之外(例如，第一半直线和第二半直线的端点在第一焦点16上或附近重叠)与第一半直线不相同，然而可与其共线(例如基于在散度改变装置1中，在图5所示的下文详细描述的实施方式)。由此，来自光学系统15的、离开射线偏转装置30的射线束5空间上与来自射线源10的射线束5分开，且可以在基本恒定的方向和位置上离开射线偏转装置30。
图1示意性地示出根据本发明的一实施方式，其中，光学系统15被构建成折射系统25，射线偏转装置30被构建成具有第一镜面30a的可旋转的镜子30，且射线折转装置34被构建成第一射线折转镜子35和第二射线折转镜子40。在此，折射系统25具有第一系统区域17和第二系统区域18，且形成为整体集成的。图1a从上部示出散度改变装置1的视图，且图1b示出基本相同的散度改变装置1的侧视图。
折射系统25可以例如是物镜(例如透镜系统)，其具有第一焦点16。第一焦点16可距折射系统25有有限的距离。折射系统25设置有可旋转的镜子30，作为单侧远心布置31。折射系统25在此被设置成，使得射线束5通过第一焦点 16汇集到折射系统25的第一系统区域17上的射线(主射线6)被偏转到基本恒定的、独立于入射角的方向上，且射线束5未通过第一焦点16汇集到光学系统15的第一系统区域17上的射线(副射线)被成像具有相对于主射线6的散度，其不同于(大于或小于)借助于折射系统25成像之前的散度。在射线束5收敛地离开折射系统25的第一系统区域17的情况下(如也在图1中所示的)，可产生射线束5的焦点。根据图1a和1b看到，射线束5通过折射系统25的第一系统区域17被成像到虚拟焦点5b上，然而由于第一射线折转镜子35的布置和构建，收敛的射线束5被偏转成，使得出现实际焦点5a，且具有不同于虚拟焦点5b的位置。
折射系统25(或其第一系统区域17)被设置成，使得射线束5的所有虚拟焦点5b位于弯曲的虚拟焦面15b上，且虚拟焦点5b在虚拟焦面15b上的位置取决于射线束5汇集到折射系统25上的入射角。相应地，.实际焦点5a也位于相应的弯曲的焦面15a上(比较图1b)，当然，其由于射线折转镜子35而具有不同于虚拟焦面15b的位置和朝向。
为设置射线束5到折射系统25上的入射角，提供可旋转的镜子30，使得从射线源10入射到可旋转的镜子30(即，其第一镜面30a)上的射线束5，借助于可旋转的镜子30(或第一镜面30a)被引导至折射系统25在第一系统区域17中，且尽管如此，射线束5到折射系统25第一系统区域17上的入射角取决于可旋转的镜子30(或第一镜面30a)的旋转角。如上所述的，第一射线折转镜子35和第二射线折转镜子40被布置成，使得折射系统25的第一系统区域17成像的射线束5被偏转返回到折射系统25上，也就是到其第二系统区域18上。在此，射线束5被偏转，使得其在第一系统区域17中离开折射系统25的同一侧上再次汇集到折射系统25的第二系统区域18上。射线束5汇集到第二系统区域18上的主射线6再次被偏转到第一焦点16上，且在此(或附近)再次汇集到可旋转的镜子30的第一镜面30a上。射线束5的副射线相应地被偏转(成像)。由此，射线束5的射线的散度可通过折射系统25重复的、相反的成像被增大或被减小或不改变。
图2示出本发明的一实施方式，其中，远心布置31的光学系统15被构建成具有抛物面镜20的反射系统20，且其如图1中类似所示地具有作为射线偏转装置30的带有第一镜面30a的可旋转的镜子30，以及具有作为射线折转装置 34的第一射线折转镜子35和第二射线折转镜子40。抛物面镜20具有第一焦点16以及第一系统区域17和第二系统区域18，其中，第一焦点16距抛物面镜20有有限的距离。抛物面镜20具有下述特性，即，通过第一焦点16(或通过其附近的点)汇集到抛物面镜20上的射线在下述方向上被反射，该方向基本独立于射线在抛物面镜20上的入射角(和入射位置)，使得这样的射线基本相互平行地且相互间距地在恒定的方向上被偏转。在此，抛物面镜20具有形状或反射面，其基本上通过抛物面等式描述。关于图2和3，抛物面镜20可具有抛物面形状(或反射面)，例如，其可具有旋转抛物面。抛物面镜20的成像特性在于，通过第一焦点16汇集到抛物面镜20上的射线在独立于汇集到抛物面镜20上的入射角和入射位置的方向上被偏转，且未通过第一焦点16汇集到抛物面镜20上的射线与通过第一焦点16汇集到抛物面镜20上的射线成角度地被偏转。散度改变装置1的部件的几何形状尺寸(例如抛物面镜20的，即，例如根据本发明的(旋转)抛物面镜20张开的旋转角)可以根据散度改变装置1的期望的特性而被选择成，使得其基本上对应于最小要求的尺寸。
在图2和3中所示的散度改变装置1的远心布置31具有射线偏转装置30以及射线折转装置34，射线偏转装置被构建成具有第一镜面30a的可旋转的镜子30，且射线折转装置被构建成第一射线折转镜子35和第二射线折转镜子40。根据图2和3，来自射线源10的射线束5汇集到可旋转的镜子30的第一镜面30a上，且被该第一镜面偏转到抛物面镜20的第一系统区域17上，其中，可旋转的镜子30(或其第一镜面30a)可被布置在第一焦点16上或第一焦点16的附近(例如临近)。取决于可旋转的镜子30的第一镜面30a的旋转角，射线束5以不同的入射角(且由此也在不同的入射地点上)汇集到抛物面镜20的第一系统区域17上。通过第一焦点16汇集到抛物面镜20上的射线(主射线)通过抛物面镜20的第一系统区域17被反射到恒定的且独立于射线的入射角或入射地点的方向上，且未(例如直接)通过第一焦点16延伸的射线相对于主射线6成角度地被偏转。即，来自射线源10的射线束5被抛物面镜20的第一系统区域17反射，使得其在汇集到抛物面镜20的第一系统区域17上之前以在此比射线束5具有的散度小的散度离开抛物面镜20，其中，该散度然而在其他实施方式中也可大于在成像之前的散度。收敛的射线束5的情况下，焦点5a在下述点上，在该点上以相对于射线束5的主射线6成角度地被反射的射线束5的射线相交， 或虚拟焦点5b可存在于下述点上，在该点上射线将在没有射线束5的进一步影响下相交。由于抛物面镜20例如沿着其反射面可具有不同弯曲，借助于抛物面镜20被反射的射线束5的散度可取决于射线束5的汇集到抛物面镜20上的碰撞点。在射线束5被抛物面镜20成像成收敛的射线束5的情况下，可产生(例如虚拟的)弯曲的焦面15a/b，被反射的射线束5的(虚拟)焦点5a可以位于该焦面上。虚拟焦面15b在图2中定性地且示意性地通过虚线示出，其中，焦面也可被构建成其他的，例如焦面15b可不同于所示弯曲。根据本发明，可通过旋转可旋转的镜子30(且因此旋转第一镜面30a)选择在散度改变装置1中的射线曲线，其可对应于对在(例如虚拟的)焦面15a/b中的(例如虚拟的)焦点的选择。
提供第一射线折转镜子35，其被设置和布置成，使得在抛物面镜20上被反射的射线束5入射到第一射线折转镜子35上且被偏转，使得其与入射的射线束5成角度地射出。例如，第一射线折转镜子35可被布置成，使得借助于抛物面镜20被偏转到抛物面镜20的第二焦点上的且入射到第一射线折转镜子35上的射线束5的主射线，以相对于入射的主射线6成大致90°的角度地被偏转，且例如射线束5的所有副射线相应地根据其各自的入射角被反转。
根据该实施例，提供第二射线折转镜子40，其被设置和布置成，使得借助于第一射线折转镜子35被反转的射线束5入射到第二射线折转镜子40上，且借助于第二射线折转镜子40被偏转。例如，第二射线折转镜子40可被布置和设置成，使得从第二射线折转镜子40出射的射线束5的主射线6平行于汇集到第一射线折转镜子35上的射线束5的主射线6，且使得从第二射线折转镜子40出射的射线再次汇集到抛物面镜20上，例如汇集到其第二系统区域18上。
被第二射线折转镜子40反转的、入射到抛物面镜20的第二系统区域18上的射线束5再次通过抛物面镜20被成像，即，通过其第二系统区域18被成像。射线束5被成像成，使得从第二射线折转镜子40入射到抛物面镜20上的射线束5的主射线6通过抛物面镜20的第二系统区域18被成像到抛物面镜20的第一焦点16上。不平行于主射线6的射线束5的副射线以相对于被成像到第一焦点16上的主射线成角度地被成像，由此射线束5的散度可以改变。
被抛物面镜20的第二系统区域18反射的及主射线被成像到第一焦点16上的射线束5再次入射到可旋转的镜子30的第一镜面30a上，且被其偏转，使得 其可以离开散度改变装置1(例如参见图3)，其中，射线束5的主射线6被偏转出可旋转的镜子30的镜面30a，使得其位于(设想的)直线上，该直线独立于可旋转的旋转镜子30的旋转角。
在使用抛物面镜20作为光学系统15的情况下，散度改变装置1可基本在没有色差和色散的影响的情况下运行驱动，因为射线束5不会透射地被引导通过材料。此外，可以在散度改变装置1中避免非线性光学影响，且像场弯曲(例如，(虚拟)焦面15a/b的特性)可基本仅通过抛物面镜20的几何形状特性和反射特性受影响，由此可以实现精确的散度改变且可以实现与脉冲高功率射线源结合地运行。
参考图4，光学系统15可具有带有多个反射面21，22的抛物面镜20，例如带有作为第一系统区域17的第一反射面21和作为第二系统区域18的第二反射面22。第一反射面21和/或第二反射面22可通过不同的抛物面函数限定，即，其可以通过具有不同的抛物面参数和/或不同的指数的函数限定。指数可以例如基本上是2，或例如是在大致1.8至大致2.2的范围中的值。第一反射面21可具有第一反射面焦点，且第二反射面22可具有第二反射面焦点。第一反射面21和/或第二反射面22可被布置成，使得其顶点被布置在一个点上或被布置在不同的点上。如图4中所示的，第一21和/或第二22反射面被布置成，使得其各焦点，即第一反射面焦点和第二反射面焦点重合，且共同形成光学系统15的第一焦点16。散度改变装置1的部件根据图4可被布置成，使得射线束5从可旋转的镜子30的第一镜面30汇集到第一反射面21(即，第一系统区域17)上，且射线束5在通过第一射线折转镜子35和第二射线折转镜子40偏转之后汇集到第二反射面22(即，第二系统区域18)上。如在图4中所示的，可例如通过对限定第一反射面21和第二反射面22的两个函数的参数和/或指数的不同选择，额外于散度改变，实现射线束5的直径的扩张(增大)或缩小(减小)。若例如针对限定第一反射面21的函数的抛物参数(该抛物参数例如是常数，该常数乘以基本上为2的乘方的且是描述抛物面的函数的部分的变量)，选择大于针对限定第二反射面22的函数的抛物参数的值，则可以实现来自射线源10的射线束5的直径的扩张。若例如针对限定第一反射面21的函数的抛物参数，选择小于针对限定第二反射面22的函数的抛物参数的值，则可以实现来自射线源10的射线束5的直径的缩小。为高效地射线扩张和散度改变，第一射线折转镜子35可 具有不同于第二射线折转镜子40的尺寸，例如第二射线折转镜子40可具有比第一射线折转镜子35更大的镜面，反之亦然。当然，如上所述地设置的同一散度改变装置1通过下述方式既可以使得射线束5的直径扩张又可以缩小，即，射线束5通过射线偏转装置30首先被引导到第一反射面21上或首先被引导到第二反射面22上(其中，射线束5的另一射线路径相反于如上所述的)。即，根据本发明，额外于散度改变功能，可利用射线束5的横截面改变的固定比例而提供射线扩张功能或射线缩小功能(相对于射线束5的横截面)。
尽管仅根据图4描述构建成具有抛物面镜20的反射系统的光学系统15，其具有带有不同的光学特性的第一系统区域17和第二系统区域18，被构建成透射折射系统25的光学系统15也可具有第一和第二系统区域17，18，其具有不同的光学特性。例如，折射系统25可具有第一透镜系统和第二透镜系统(例如，分别具有一个或多个透镜)，其可形成第一系统区域17以及第二系统区域18，且可具有第一透镜系统焦点以及第二透镜系统焦点。第一透镜系统可具有不同于第二透镜系统的光学特性，或第一和第二透镜系统可具有相同的光学特性。第一透镜系统焦点可与第二透镜系统焦点重叠，使得其共同形成光学系统15的第一焦点16。
图5示出散度改变装置1的另一实施例。根据图5，射线偏转装置30被构建成可旋转的双镜30。可旋转的双镜30具有第一、例如基本平的镜面30a和第二、例如基本平的镜面30b，其中，第一镜面30a的面法线具有分量，其基本上相反于第二镜面30b的面法线的分量。例如，第一镜面30a可平行于第二镜面30b被布置。光学系统被构建成透射的折射系统25，其中，第一系统区域17和第二系统区域18空间上相互分开地布置，且其中，第一系统区域17的焦点和第二系统区域18的焦点重叠，且其共同形成光学系统15的第一焦点16。根据图5，光学系统15的第一焦点16被构建在第一系统区域17与第二系统区域18之间，且可旋转的双镜30被布置成，使得第一镜面30a以及同时第二镜面30b被布置在第一焦点16上或其附近，且在第一系统区域17与第二系统区域18之间。射线折转装置34具有第一射线折转镜子35、第二射线折转镜子40以及射线折转中间镜子41(然而也可具有其他的射线折转中间镜子41)。根据图5，散度改变装置1被设置成，使得来自射线源10的射线束5的主射线6在光学系统15的第一焦点16上或在其附近汇集到双镜30的第一镜面30a上，且副射线 汇集到第一镜面30a上。射线束5借助于可旋转的双镜30(或其第一镜面30a)根据双镜30的旋转角以不同的角度(和在不同的布置上)可被引导至第一系统区域17，其中，射线束5被第一系统区域17远心地如上述所述地利用散度改变而成像。被第一系统区域17成像的射线束5汇集到第一射线折转镜子35上，且被其偏转到射线折转中间镜子41上。射线折转中间镜子41将射线束5偏转到第二射线折转镜子40上。射线折转中间镜子41可具有相同的(光学)特性，如上述的第一射线折转镜子35或第二射线折转镜子40。通过第二射线折转镜子40，射线束5被偏转到光学系统15的第二系统区域18上，且被第二系统区域18如上所述地成像，使得射线束5的主射线6在第一焦点16上或在其附近汇集到可旋转的双镜30的第二镜面30b上，且副射线(例如部分地)也汇集到第二镜面30b上。射线束5被第二镜面30b偏转成，使得射线束5的主射线6具有基本恒定的位置，该位置独立于可旋转的双镜30的旋转角。如图5中所示的，来自射线源10的汇集到第一镜面30a上的射线束5和来自第二系统区域18的汇集到第二镜面30b上的射线束5在空间上分开。在双镜30或第一镜面30a和第二镜面30b的相应布置的情况下，射线束5可以相互共线的(例如，当第一和第二镜面30a，30b相互平行且距第一焦点16相同距离地被布置(未示出))。在图5中示出焦点5a，其被构建在第一射线折转镜子35与射线折转中间镜子41之间。如上所述地，焦点5a也可出现在另一位置上，或也可在散度改变装置1内不出现非点状的焦点5a，例如当第一和/或第二射线折转镜子35，40和/或射线折转中间镜子41被提供具有圆柱成像特性或透镜被额外提供具有圆柱折射能力时。尽管散度改变装置1的部件在图5中示出位于一平面中，所述部件被可三维空间相互错位地被布置。例如，第一和/或第二射线折转镜子35，40和/或射线折转中间镜子41可被布置在图5中的平面之上或之下，使得当射线折转装置34的镜子相应地在空间上相互对齐以及对齐到光学系统15上(未示出)时，例如被第二镜面30b偏转的射线束5可在射线折转镜子(或射线折转中间镜子或散度改变装置1的另一部件)“之上”或“之下”被引导通过。
根据本发明，具有带有不同的光学特性的两个系统区域17，18的散度改变装置1不限制于具有作为射线偏转装置30的可旋转的镜子30或可旋转的双镜30和/或具有作为射线折转装置34的第一射线折转镜子35和第二射线折射镜子40的实施方式，而也可具有其他的射线偏转装置30或射线折转装置34。
根据本发明，光学系统15和射线偏转装置30可用于射线束5的两次成像。由此，根据本发明的散度改变装置1相对于离开的射线束的传播方向对于射线偏转装置30的漂移效应是不受影响的，且具有小的错误影响性，因为射线偏转装置30可以是唯一的机械受力的部件。
根据本发明，由于光学结构的折转(Falt)，仅射线偏转装置30对于改变射线束5的散度(例如对于聚焦)是必要的，由此漂移效应、热效应、偏差和公差可最下化，且散度可利用射线扩张的高精度和高方向稳定性以及利用高速来设置。根据本发明，也仅光学系统15是必须的，由此可降低散度改变装置1的制造成本。例如，通过使用可旋转的镜子30(或双镜30)作为射线偏转装置34，可在设置散度时实现非常高的速度，因为仅必须轻微移动可旋转的镜子30，且根据本发明，主射线总在镜子中间附近的点上延伸，由此可最小化镜子的表面大小和惯性矩。通过在仅一个光学系统15上对射线束5的两次成像，可以通过两次成像补充在光学系统15中出现的系统偏差和错误。根据本发明的散度改变装置1的另一优点在于，散度改变装置由于结构可被实施成，与射线偏转装置30和光学系统15是有效地气体密封的(例如，散度改变装置对此可具有气体密封壳体)。由此，散度改变装置1可被抽成真空，或填充在光学上基本惰性的气体地运行，使得可以避免诸如空气的环境介质和散度改变装置1中的射线路径(例如焦点5a)引起的干扰作用。同样地，当在散度改变装置1中不出现实际焦点5a而例如仅出现虚拟焦点5b或焦线时，射线束5的干扰作用可通过散度改变装置1的部件被阻止或减少。此外地，根据本发明的散度改变装置1的结构允许高效的冷却，因为由于简单结构，散度改变装置1的部件(例如反射系统20)可通过冷却装置很好地实现。
根据本发明，散度改变装置1可与2D扫描系统一起使用，例如用于材料加工。2D扫描系统可例如提供有一个或两个射线偏转装置，其可将射线束5分别在相互独立的空间方向上偏转。由此可借助于散度改变装置1设置射线束5的散度，而借助于2D扫描系统可额外地设置射线束5的传播方向。由此例如也可以借助于2D扫描系统平衡射线束5的传播方向的可能偏差(例如根据在控制装置中存储的修正表)。相应地，散度改变装置1在射线路径中可被布置在2D扫描系统之前，使得射线束可取决于射线偏转装置30地以不同的散度(其可对应于工作焦点与射线源之间的不同距离)汇集到2D扫描系统上，并可被2D扫描 系统在两个相互独立地空间方向上偏转。由此射线束5可例如在工件表面上被引导，且射线源与工件表面上的点之间的不同距离可通过散度改变装置1平衡。对此，可提供控制装置，其可既与2D扫描系统又与散度改变装置1(或与其射线偏转装置30)连接，从而对其控制。
控制装置可根据目标散度改变值控制第一射线偏转装置30(或由其实现的散度改变)。目标散度改变值在此对应于所期望的散度和/或所期望的散度改变，且可例如通过用户输入、或由另一控制设备、计算机、成像器等提供给控制装置。目标散度改变值也可对应于工作焦点与射线源10的距离，因为该距离可取决于射线束5的散度。目标散度改变值可由控制装置根据算法和在控制装置中存储的数据计算出。同时，控制装置可被设置成，使得其根据目标射线位置和方向值控制2D扫描系统。目标射线位置和方向值在此可对应于从2D扫描系统中出射的射线束5的期望位置和方向。目标射线位置和方向值可例如通过用户输入、或由另一控制设备、计算机、处理器等提供给控制装置。这表示，控制装置可以控制散度改变装置1，使得散度改变是可自由选择和设置的，且同时使得从2D扫描系统出射的射线束5的的位置和方向是可自由选择和设置的。
目标散度值可被选择/计算/存储成，使得提供散度改变装置1外的(例如工件的表面上的)(工作)焦点，使得焦点例如总直接形成在工件表面上，且独立于射线源10与射线束5汇集到工件(或工件表面)上的位置之间的光学路径长度的变化地，以预定的横截面汇集到工件表面。
根据本发明，工件的几何形状例如可以点坐标(例如x，y，z)的形式且在点坐标之间延伸的线的形式存储在控制装置中，且同时可在控制装置中存储加工计划，其包括以下信息，即，射线束5应在什么坐标上以什么散度(例如以什么束直径)汇集到工件上。(加工计划也包括另外的和/或其他信息，如射线束5应在什么时间段上作用在点上，对于射线源10的功率要求等)。控制装置可通过工件的几何形状和加工计划计算目标散度改变值(或更多)，且同时计算目标射线位置和方向值(或更多)，且控制散度改变装置1和2D扫描系统，使得满足加工计划。
控制装置也可与其他部件连接，从而对其控制，例如与射线源10或挡板或“脉冲选择器”连接，从而短时间地中断射线源10与工件之间的射线路径，或与另外的射线偏转装置连接。
换而言之，控制装置可成像3D坐标，且可将该坐标例如通过坐标转换和修正表转换成用于散度改变装置1的和任选地提供的2D射线偏转系统的控制值，且然后可相应地控制散度改变和射线束5的传播方向。
根据本发明，借助于形成散度改变装置1的射线路径中的成像角度的差，实现从散度改变装置1出射的射线束5的主射线6的方向和位置的恒定保持(或位置固定保持)，其中，在考虑到在借助于光学系统15的成像之后，独立于射线偏转装置30的设置/位置地，在射线偏转装置30上的第一成像与在射线偏转装置30上的第二成像之间的旋转方向(即，符号)的情况下，射线路径中的成像角度的“和”保持恒定。这表示，例如射线偏转装置30的偏转角正改变在根据本发明的散度改变装置1的射线路径通过增加相同的负改变(减法)而被补偿，且反之亦然，使得角度总和保持恒定。
在下文中还将进一步描述，如何根据本发明实现尽管有散度改变而位置固定地保持出射的射线束5的主射线6。
射线偏转装置30的旋转轴线32(参见图1a,2,3,4,5,7和8)是下述轴线，即，汇集到射线偏转装置30上的射线束5围绕该轴线转动或旋转地(在成像之前相对于主射线6的传播方向)被成像。在上述附图中，这例如是旋转镜子30的旋转轴线32。此外，根据本发明，射线束5的散度改变如上所述地通过根据本发明的散度改变装置1的第一系统区域17上的远心成像和第二系统区域18上的功能相反的远心成像而实现，其中，在离开第一系统区域17的射线路径中的(例如虚拟)焦点5a/b的距离(例如参见图1)与至汇集到第二系统区域18上的射线路径中的该焦点5a的距离的比例独立于射线偏转装置30的偏转角地改变。从第一系统区域17的和至第二系统区域18的焦点5a/b的距离的不对称形可以(例如在相同构建的第一和第二系统区域17，18的情况下)导致散度改变。
例如在图1至4和7(下文中详细描述)示出的实施方式中，通过下述方式实现从散度改变装置1出射的射线束5相对于主射线6是基本位置固定的且独立于散度改变，即，根据本发明，射线偏转装置30的旋转轴线32基本平行于在借助于光学系统15的(在其第一系统区域17上的)(第一)成像之后至再次汇集到光学系统15上(在其第二系统区域18上)的过程中被射线束5的主射线6跨越的平面(折转平面)。例如在图1至4和7中所示的实施方式中，该折转平面通过借助于射线偏转装置30产生的偏转角的改变而垂直平行地被移动 (即，沿着折转平面的面法线被移动)，且在此随着射线束5的散度改变(从第一散度转换成不同的、第二散度)的情况下导致三维射线引导。这表示，在离开散度改变装置1之后具有第一散度的射线束5的折转平面垂直平行地被移动至在离开散度改变装置1之后具有第二散度的射线束5的折转平面。
换而言之，例如在图1至4和7中所示的实施方式中，折转平面通过借助于射线偏转装置30产生的偏转角的改变而垂直平行地被移动。该移动在三维观察的射线引导中导致第一或第二系统区域17，18的焦点5a/b的上述距离比例的改变，且由此导致射线束5的散度的改变(从第一散度转换成不同的、第二散度)。这表示，在离开散度改变装置1之后具有第一散度的射线束5的折转平面垂直平行地被移动至在离开散度改变装置1之后具有第二散度的射线束5的折转平面。
所有可能的(若需要则虚拟的)焦点5a/b的位置，其通过同时在折转平面内移动焦点5a/b的情况下折转平面的基本垂直平行的移动而获得，该位置可如上所述地例如限定(若需要则虚拟的)焦点5a/b。折转平面的垂直平行的移动导致在散度改变装置1中的上述三维射线引导，且导致尽管散度改变而从散度改变装置1出射的射线束5的主射线6是位置固定的。换而言之，尽管折转平面的(垂直)平行移动，通过根据本发明的三维射线引导可保持从射线偏转装置出射的射线束5的主射线6是位置固定的。
图1a示出折转平面的俯视图。可以看到，主射线6在离开第一系统区域17之后至进入第二系统区域18之前(且由此也在第一射线折转镜子和第二射线折转镜子35，40之间)的过程中在平面中，即，在折转平面中延伸。在图1b中，显示了折转平面的侧视图，可以看到该折转平面在散度改变横行于旋转镜子30的旋转轴线32的情况下(垂直)平行地被移动。
图2和4也以俯视图示出各折转平面，其在来自第一系统区域17的主射线6的出射点与主射线6入射第二系统区域18的入射点之间延伸的射线路径的部分中被主射线6跨越。在图2和4中也可看到，射线偏转装置30的旋转轴线32平行于折转平面，其中，平面与轴线之间的平行表示，轴线从不与平面相交，或任选地完全位于平面中。
图3也示出射线偏转装置30的旋转轴线32(其在此对应于旋转镜子30的旋转轴线32)，其在第一射线折转镜子35与第二射线折转镜子40之间的射线路 径的部分中(基本)平行于折转平面或平行于射线束的主射线6(其中，该部分位于折转平面中)。
在图5的实施方式中，射线偏转装置30的旋转轴线32(在此旋转镜子30的旋转轴线)垂直于折转平面(例如，至少在离开第一系统区域17与汇集到第一射线折转镜子35上之间，当在第一系统区域17与第一射线折转镜子35之间不布置其他光学部件时)。在图5的实施方式中，被射线偏转装置30(在此被第二镜面30b)成像的射线束5相对于主射线6通过下述方式位置固定地被保持，即，使用两个相互对置的、相反朝向的镜面30a/b，其例如相互平行，这导致上述减法。
参考图6，由于尽管散度改变而从散度改变装置1出射的射线束5的(即，其主射线6的)方向和位置恒定，可高效地布置多个散度改变装置1，例如两个、三个、四个或任意数量，使得从散度改变装置1出射的射线束5汇集到另一散度改变装置1上，使得该射线束5在第一焦点16上或在其附近汇集到该另一散度改变装置1的射线偏转装置30，等等。通过该方式，两个或更多个散度改变装置1可相对于由这两个或更多个散度改变装置共同形成的射线路径在光学方面“串联”布置，使得其如在图6中所示地形成散度改变布置2，且使得延伸通过散度改变布置2或用于实施散度改变布置2的正好两个或更多个散度改变装置1的射线束5的散度可分步地或分级地被改变，其中，可产生在整体射线路径中的整体散度改变然而可以连续(例如无级地)设置。
根据图6，两个散度改变装置1(示意性地示出，其中，可使用每个在此描述的散度改变装置1)被布置在共同的射线路径中，使得其形成散度改变布置2，其中，第一、上游的散度改变装置1(在图6中左边)产生散度改变“ΔDIV1”，且第二、在第一散度改变装置下游的散度改变装置1产生散度改变“ΔDIV2”。通过共同的射线路径的射线束5(在图6中通过其主射线6表示)由此首先获得散度改变“ΔDIV1”(其可以是任意的)，且然后获得散度改变“ΔDIV2”(其同样可以是任意的，其中，两个散度改变可具有相同的符号)，使得离开散度改变布置2的射线束5整体获得散度改变ΔDIV1+ΔDIV2。
换而言之，在散度改变布置2中，在共同的射线路径中在射线束5的传播方向在该另一散度改变装置1之后或后方布置的散度改变装置1的射线源10，可通过从另一散度改变装置1出射的射线束5实施。
在散度改变布置2，参考附图，所有散度改变装置1可以是相同类型的(例如具有透射的反射光学系统15)，或可以是不同类型的(即，具有回反射装置60的所有上述的和下述的实施方式可一起/共同地运行，且形成用于射线束5的散度改变的共同射线路径)。因此在图6中示意性地通过虚线示出散度改变布置2的散度改变装置1，从而清晰。
散度改变布置2的散度改变装置1可具有相同的几何形状尺寸，或可具有不同的尺寸。当例如由射线源10提供的射线束5的散度应主要减小时，在共同的射线路径上散度改变装置1之后的散度改变装置1例如可提供成更小的(例如具有更小的尺寸)，如果可在普通运行条件下预期到，射线束5的散度(且例如由此射线束的直径)由于借助于在射线路径上先前布置的散度改变装置1而已经变小的话。相反地，当射线束5的散度应利用散度改变布置2例如主要变大时，散度改变装置1可沿着共同的射线路径也可提供具有分别增加的大小。
此外，在散度改变布置2的散度改变装置1之间可布置另外的光学元件，例如从而改变(例如增大或减小)通过共同的射线路径的射线束5的射线横截面，或从而以另一方式操控射线束5。
根据本发明，也可以是传统的散度改变设备(例如具有可移动的透镜)和根据本发明的散度改变装置1的顺序布置，使得其形成散度改变布置2。这例如可以是有意义的，从而具有更小的散度量(例如更少/小的散度改变)的高动态的(例如快速的)散度改变与具有更大的散度量(例如更大/更强烈的散度改变)的相对更慢的散度改变结合或组合。
图7示出散度改变装置1的三个不同的视图a)，b)和c)，其中，三个视图通过笛卡儿坐标系统KS的轴线X，Y，Z表示。在图7中，射线束5通过其主射线6表示，且射线束5的或其主射线6的传播方向通过箭头表示。
在图7中参考视图a)，b)和c)也可以再次看到在散度改变装置1内的上述的三维射线引导。
散度改变装置1的部件对应于上述例如参考图2和3描述的部件，且散度改变装置1此外具有任选的折转布置60或回反射装置60(下文中的回反射装置)。
回反射装置60被设置和布置成，使得其将从射线偏转装置30在借助于光学系统15(在散度改变装置1中)的至少两次成像之后出射的射线束5回成像 到光学射线偏转装置30上，使得该被回成像的射线束的主射线6在第一焦点16上或在其附近再次汇集到第一射线偏转装置30上，射线束5的副射线(或其部分)再次汇集到射线偏转装置30上。借助于回反射装置60的该回成像导致，被回成像的射线束5重新/再次通过散度改变装置1，如同来自射线源10的射线束5，由此可以实现散度改变的增强。
可以高效地使用回反射装置60，因为从射线偏转装置30出射的射线束5是位置固定的，且具有独立于散度改变的方向和位置。因此可以高效地对出射的射线束进行回成像或翻转，使得其在第一焦点16上或其附近再次汇集到射线偏转装置30上，且可任选地在散度改变增强的情况下重新/再次通过散度改变装置1。
图8示出具有回反射装置60的散度改变装置1或散度改变布置1的示意性部分视图。在图8中的在射线偏转装置30与回反射装置60之间的通过其主射线6表示的射线束5的射线变化对应于在图7a)至c)中的射线变化。在图8中所示的射线偏转装置30例如是在图1至7中所示的散度改变装置1中的一个的射线偏转装置30或是散度改变布置2的散度改变装置1的射线偏转装置。图8示出(如图7a)实际三维射线变化的2D投影(参见图7a)，b)和c))，其中，在图8的视图中，从散度改变装置1(或散度改变布置2)的射线源10的且由散度改变装置1出射的射线束5在回反射装置60之上或之下的平面内延伸。在图8的视图中，从射线偏转装置30汇集到回反射装置60上的射线束5和从回反射装置60(再次/重新)汇集到射线偏转装置30上的射线束5，被来自射线源10的且从散度改变装置1出射的射线束5覆盖，其中，在此再次注意，射线源10也可借助于从另一散度改变装置1出射的、位置固定的射线束5而被实施。
如在图7和8中所示的，回反射装置60可借助于两个镜子60a，60b形成，其中，第一镜子60a可被布置和设置成，使得被射线偏转装置30第二次偏转的射线束5汇集到第一镜子60a上，且被其成像到第二镜子60b上。第二镜子60b可被设置和布置成，使得从第一镜子60a入射到第二镜子60b上的射线束5借助于第二镜子60b被回成像到射线偏转装置30上，使得其主射线6在第一焦点16上或在其附近再次汇集到射线偏转装置30上，且使得副射线的至少一部分再次汇集到射线偏转装置30上。
回反射装置60可被设置和布置成，使得其将来自其而再次汇集到射线偏转 装置30上的射线束5成像成，使得射线束以下述角度汇集到射线偏转装置30上，该角度不同于下述角度，即，来自射线偏转装置30的汇集到回反射装置60上的射线束5以该角度借助于射线偏转装置30(位置固定地)被成像。
这例如可通过下述方式实现，即，在第一镜子60a上的在其上来自射线偏转装置30的射线束5的主射线6汇集到第一镜子60a上的点与第二镜子60b上的在其上来自第一镜子60a的射线束5的主射线6汇集到第二镜子60b上的点具有空间距离。
回反射装置60(例如其第一镜子60a和第二镜子60b)因此可被设置成，使得来自射线偏转装置30的且入射到回反射装置60上的射线束5与从回反射装置60再次出射的射线束5在空间上相互分开，如在图7和8中所示的(至少相对于主射线6在空间上分开，且除了第一焦点16和/或其附近的区域，射线束5在其上或附近相交)。
从射线偏转装置30汇集到回反射装置60上的主射线6的与从回反射装置60再次/重新汇集到射线偏转装置30上的主射线6的不同角度(例如相对于射线偏转装置30)或所述主射线6的空间距离可导致，从回反射装置60通过射线偏转装置30汇集到光学系统15上的射线束5至少相对于主射线6与来自射线源10通过射线偏转装置30汇集到光学系统15上的射线束5在空间上分开，使得根据本发明不需要分开的装置，来将入射到散度改变装置1的和从其出射的射线束5射线分开。
将入射散度改变装置1的和从其出射的射线束5在空间上分开，使得可以舍弃光学偏振的射线分开，其中，然而根据本发明，可使用对射线束5的共线回引导(例如借助于由单个镜子构成的回反射装置60)和对入射和出射的射线束5的光学偏振分开，只要其对于确定的使用情况应是需要的。
在上述实施方式的情况下(参看图7和8)，进行散度改变装置1的两次通过，其中，然而由于根据本发明的分别位置固定的输出射线束，通过提供相应的回反射装置，也可实现同一散度改变装置1的三次、四次、五次或n次通过。
通过散度改变装置1的多次通过，借助于散度改变装置1实现的散度改变，在射线偏转装置30的相同设置下，相比于散度改变装置1的仅一次通过，可被增强。为实现该散度改变，在多次通过的情况下，要求射线偏转装置30的小的偏转角，且为调节散度改变，要求偏转角的小的变化。这可以有利地影响散度 改变的变化和设置的可实现的可能速度。
尽管图7示出散度改变装置1，其具有被构建成反射系统20的光学系统15，如在图8中示意性示出的，具有透射的折射系统25和/或带有两个镜面30a，30b的射线偏转装置30的散度改变装置1(参见图1a/b，图5)可被提供具有回反射装置60，因为其是每个根据本发明的散度改变装置1和散度改变布置2的特征，从其出射的射线束5相对于其主射线6是基本位置固定的，即，基本具有恒定的方向和位置。
具有回反射装置60的两个或更多个散度改变装置1可如上所述地被布置成，使得形成共同的射线路径(且由此形成散度改变布置2)，和/或具有回反射装置60的一个或多个散度改变装置1可与不具有回反射装置60的一个或多个散度改变装置1一起被布置成，使得其形成共同的射线路径或散度改变布置2。
多个散度改变装置1(和/或散度改变布置2)也可与2D扫描系统一起被提供在射线路径中，其中，散度改变装置1或散度改变布置2可被提供在2D扫描系统之前的射线路径中。如上所述的且例如在图2,4和8中所示的，也可任选地提供控制装置50，其与散度改变布置2的散度改变装置1的每个连接，从而控制其(例如，借助于对其各射线偏转装置30的控制而由其产生的散度改变)，且任选地，控制装置50也可与2D扫描系统连接，从而如上所述地对其控制，使得可以在两个空间维度上控制射线束5的方向改变。
在多次通过散度改变装置1的情况下，也可在通过之间的射线路径中(即，例如在射线偏转装置30与回反射装置60之间的射线路径中)布置额外的光学部件。这例如可以用于操控/改变射线束5的射线直径、射线偏振(例如偏振旋转)或射线线形(射线线形的旋转)。减小射线直径可以影响必要的镜子直径的和/或散度改变装置1的其余部件的尺寸的减小。偏振和/或射线线形的旋转可防止不期望的偏振影响和/或影响成像失常的至少部分补偿，且由此改进射线质量。
根据本发明，在此描述的散度改变装置1在射线路径中可具有额外的光学装置，其被设置和布置成，用于至少部分地补偿可在多次通过散度改变装置1时出现的成像失常(如例如彗形像差和/或类似彗形像差的成像失常)。这表示，根据本发明的散度改变装置1可包括下述光学装置，其防止可由于不期望的、非理想光学成像(成像失常)在散度改变装置1的部件上出现的错误，在射线束5通过多次散度改变装置1时(例如当其具有回反射装置60时)，不增强或 “添加”，而是至少部分地被补偿。
这根据本发明例如可以通过下述方式实现，即，在两次通过散度改变装置1中间，产生射线束5相对于主射线6(或射线轴线)的旋转和/或镜像。因此可以实现，在射线束5的镜像或旋转之前和之后的通过时出现的成像失常至少部分在射线束5的部分区域中在相反的反向上作用。
例如，射线旋转装置(将射线束5围绕主射线6或作为旋转轴线的射线轴线旋转或转动的装置)可被布置在射线束5第一次通过散度改变装置1之后的射线路径中。如上所述地，射线束5借助于回反射装置60重新在(例如轻微)改变的入射角的情况下被引导至散度改变装置1的射线偏转装置30。如上所述的散度改变在该重新(例如第二次)通过散度改变装置1时添加/加强。然而，根据本发明，成像失常(例如彗形像差和/或类似彗形像差的成像失常)由于借助于射线旋转装置沿着旋转的轴线的前述射线旋转而作用，使得至少部分地补偿前述(例如第一次)通过的成像失常。
根据本发明，例如可以通过在多次反射上的的三维射线引导实现射线旋转装置用于射线束5的射线线形旋转固定的、预设的量或可动态选择/设置的量。例如，根据本发明可使用“道威”棱镜和/或所谓的“K镜子”布置作为射线旋转装置，其中，射线束5在射线旋转装置内例如是三次或更频繁地被反射。在道威棱镜或K镜子布置围绕光轴旋转时，射线束5旋转双倍的旋转角(围绕射线轴线或主射线6)。此外根据本发明，任选地，所述的射线旋转装置可提供具有由两个镜子(例如镜子60a/60b)构成的反射器(例如回反射装置60)，使得例如总共出现五次反射。
根据本发明，具有至少三个代替仅具有两个镜子的射线旋转装置的反射器的实施方式允许射线束5与射线束5的回反射一起的射线旋转(例如90度)，使得射线束重新汇集到射线偏转装置5上，其中，然而射线束围绕射线轴线或主射线6旋转/转动和/或镜像。
如上所述的该至少部分成像失常补偿也可减弱不期望的偏振效应。代替射线旋转装置或额外地，也可在散度改变装置1的射线路径中提供偏振旋转元件，从而有目的地补偿散度改变装置1中的所不期望的偏振效应。