CN110908106A - 光学装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学装置。为了高速且高精度地控制光的焦点位置，光学装置包括：第一反射表面101，被配置为能够绕旋转轴104旋转并反射光；第二反射表面102，被配置为能够绕旋转轴104旋转、面对第一反射表面101并反射来自第一反射表面101的光；第三反射表面114，将来自第二反射表面102的光返回到第二反射表面102；以及，控制单元120，被配置为：通过在保持第一反射表面101和第二反射表面102之间的相对布置的状态下使第一反射表面101和第二反射表面102绕旋转轴104旋转，来控制经由第二反射表面102从第三反射表面114返回到第一反射表面101的光在光轴方向上的焦点位置。

Description

光学装置
技术领域
本发明涉及光学装置和处理装置。
背景技术
在各种光学系统中，在提高光学装置的特性方面的一个重要因素是高速且高精度地控制光的焦点位置。例如，在使用激光进行诸如标记、穿孔和焊接的工作的光学装置中，高速且高精度地控制来自激光振荡器的光的焦点位置有助于提高工作质量。
焦点位置的控制可以分为光轴方向上的控制和垂直于光轴的方向上的控制这两种类型。
例如，通过在光轴方向上移动光学系统中的聚光透镜的位置来进行光轴方向上的焦点位置的控制。然而，由于聚光透镜重并且由线性台架驱动，因此难以高速且高精度地移动聚光透镜。
例如，通过使用所谓的fθ透镜并改变入射在fθ透镜上的光的角度来进行在垂直于光轴的方向上的焦点位置的控制。然而，fθ透镜具有焦点位置处的光束直径根据角度而变化的问题。
文献1(D.J.Campbell,P.A.Krug,I.S.Falconer,L.C.Robinson,and G.D.Tait,“Rapid scan phase modulator for interferometric applications”Applied OpticsVol.20,Issue 2,pp.335 to 342(1981))公开了一种用于旋转两个面对的反射镜、改变光程长度并改变光相位的技术。然而，文献1中公开的技术与焦点位置的控制无关。因此，文献1中公开的光学装置不包括改变光轴方向上的光束直径的非准直光学系统。在文献1中，由于不发生偏离焦点位置的问题，因此不容易将文献1中公开的技术应用于进行焦点位置的控制的光学装置。
另一方面，日本未审查的专利公开第2016-103007号公开了一种使用多个四个固定反射镜和一个可旋转反射镜来在垂直于光路的方向上移动用于激光处理的光的光路的技术。然而，该技术存在的问题是，由于需要至少五个反射镜，因此光学装置的重量增加并且光学损耗增加。
另外，文献2(Meng-Chang Hsieh,Jiun-You Lin and Chia-Ou Chang,“Using aHexagonal Mirror for Varying Light Intensity in the Measurement of Small-Angle Variation”Sensors 2016,16,1301)公开了使用六角反射镜反射光的技术，而且与焦点位置的控制无关。已知一种使用折射率介质来在垂直于光路的方向上移动入射光的光路的技术。然而，在该技术中，由于折射率介质，光学损耗增加。此外，当使用折射率介质时，折射率介质的尺寸必须大，以实现大的移动量。结果，该技术在重量和高速移动方面是不利的。
发明内容
本发明的一个方面是提出一种有利于高速且高精度地控制光的焦点位置的光学装置。
根据本发明的一个方面，一种控制光的焦点位置的光学装置包括：第一反射表面，被配置为能够绕旋转轴旋转并反射光；第二反射表面，被配置为能够绕所述旋转轴旋转、面对第一反射表面并反射来自第一反射表面的光；第三反射表面，将来自第二反射表面的光返回到第二反射表面；以及控制单元，被配置为：通过在保持第一反射表面和第二反射表面之间的相对布置的状态下使第一反射表面和第二反射表面绕所述旋转轴旋转，来控制经由第二反射表面从第三反射表面返回到第一反射表面的光在光轴方向上的焦点位置。
根据下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清晰。
附图说明
图1A至图1C是示出第一实施例中的包括焦点位置移动器的光学装置的图。
图2是示出在第一实施例中控制光轴方向上的焦点位置的原理的图。
图3是示出光学装置的第二实施例的图。
图4是示出光学装置的第三实施例的图。
图5是示出光学装置的第四实施例的图。
图6是示出光学装置的第五实施例的图。
图7是示出光学装置的第六实施例的图。
图8是示出光学装置的第七实施例的图。
图9是示出光学装置的第八实施例的图。
图10是示出光学装置的第九实施例的图。
图11A至图11E是示出光学装置的第十实施例的图。
图12是示出在第十实施例中控制垂直于光轴的方向上的焦点位置的原理的图。
图13是示出光学装置的第十一实施例的图。
图14是示出光学装置的第十二实施例的图。
图15是示出光学装置的第十三实施例的图。
图16是示出光学装置的第十四实施例的图。
图17是示出光学装置的第十五实施例的图。
图18是示出光学装置的第十六实施例的图。
图19是示出光学装置的第十七实施例的图。
图20是示出光学装置的第十八实施例的图。
图21是示出光学装置的第十九实施例的图。
图22是示出使用光学装置的实施例之一的处理装置的示例的图。
具体实施方式
(第一实施例)
在下文中，将参照附图描述用于实现本发明的第一实施例。
在各附图中，相同的附图标记被赋予相同的构件和元件，并且将省略重复的描述。在以下描述中，光轴延伸的方向被称为光轴方向。在下面将描述的光学装置中，使用焦点位置移动器来高速且高精度地控制光的焦点位置。也就是说，光学装置控制从焦点位置移动器出射的光在光轴方向上的焦点位置和在垂直于光的光轴的方向上的焦点位置。
首先，将描述使用根据第一实施例的焦点位置移动器来控制光轴方向上的焦点位置的技术。
图1A至图1C是示出包括焦点位置移动器的光学装置的第一实施例的图。
图1A示出了从光源300入射到焦点位置移动器100的光的光轴和从焦点位置移动器100沿图的向下方向出射的光的光轴在不同方向上的示例。这里，方向不同的意思是从焦点位置移动器100出射的光的光轴相对于入射在焦点位置移动器100上的光的光轴具有等于或大于45°且等于或小于135°(例如，90°的角度)的斜率。
图1B示出了入射在焦点位置移动器200上的光的光轴和从焦点位置移动器200出射的光的光轴是相同方向的示例。这里，方向相同的意思是从焦点位置移动器200出射的光的光轴相对于入射在焦点位置移动器200上的光的光轴在等于或大于0°(平行)且小于45°的范围内。
图1C示出了比较例。在比较例中，如图中的X所示，通过在光轴方向上移动聚光透镜118的位置来控制光轴方向上的焦点位置FP_h0、FP_h1和FP_h2。然而，在这样的配置中，由于聚光透镜118重并且由线性台架驱动，因此难以高速且高精度地移动聚光透镜118。
相比而言，图1A和图1B中所示的焦点位置移动器100和200均通过在不驱动聚光透镜的情况下控制光的光程长度来控制光轴方向上的焦点位置FP_h0、FP_h1和FP_h2。
例如，来自光源300的光经由非准直光学系统400进入焦点位置移动器100或200。这里，非准直光学系统是将来自光源300的准直光(平行光)改变为光束直径随着光在光轴方向上传播而变化的非准直光(会聚光或扩散光)的光学系统。在该示例中，非准直光学系统400包括产生会聚光的图2中所示的聚光透镜117，但是本发明不限于此，并且可以使用衍射光栅或凹面(或凸面)镜。光源300例如是激光振荡器，并且来自光源300的光例如是激光束。
从焦点位置移动器100或200出射的光经由形成焦点的光学系统500在预先确定的位置处形成焦点。光学系统500例如是会聚光学系统，其会聚从焦点位置移动器100或200出射的光。尽管光学系统500不是必需的，但是因为提供了光学系统500，所以光学系统500具有以下优点。
在该示例中，焦点位置移动器100或200通过改变从非准直光学系统400入射的光的光程长度来改变从焦点位置移动器100或200出射的光的焦点位置。在这种情况下，因为在光在焦点位置移动器100或200内部传播的过程中形成光斑点，所以在一些情况下，来自聚光透镜117的光可以从会聚光改变为扩散光。在这些情况下，需要光学系统500，光学系统500再次会聚从焦点位置移动器100或200出射的扩散光以形成会聚光。
也就是说，当光学系统500通过使用焦点位置移动器100或200控制光程长度来进行光轴方向上的焦点位置的控制时，光学系统500具有可靠地形成从焦点位置移动器100或200出射的光的焦点的优点。
图2是示出在第一实施例中控制光轴方向上的焦点位置的原理的图。
焦点位置移动器100进行光轴方向上的焦点位置的控制。焦点位置移动器100通过改变从非准直光学系统400入射的光的光程长度来控制从焦点位置移动器100出射的光在光轴方向上的焦点位置。
因此，焦点位置移动器100包括第一反射表面101、面对第一反射表面101的第二反射表面102、返回光的第三反射表面114、提取光的第四反射表面115以及控制单元120。
第一反射表面101、第二反射表面102、第三反射表面114和第四反射表面115例如是反射镜。这里，第四反射表面115具有透射来自非准直光学系统400的光并反射来自第一反射表面101的光的特性。在该示例中，为了方便起见，假设第一反射表面101和第二反射表面102彼此平行。然而，只要第一反射表面101和第二反射表面102彼此面对，第一反射表面101和第二反射表面102就可以不彼此平行。
这里，如果在第一反射表面101和第二反射表面102之间形成的角度α在等于或大于0°(平行)且小于90°的范围内，则认为第一反射表面101和第二反射表面102彼此面对。这是因为必须能够通过第二反射表面102反射来自第一反射表面101的光，如下面将描述的那样。
第一反射表面101和第二反射表面102被配置为围绕旋转轴104一起旋转。第一反射表面101和第二反射表面102必须在保持第一反射表面101和第二反射表面102之间的相对布置(相对角度和相对位置)的状态下围绕旋转轴104一起旋转。因此，焦点位置移动器100包括例如能够绕旋转轴104旋转的台架103。在这种情况下，第一反射表面101和第二反射表面102固定到台架103。控制单元120通过改变台架103的旋转角度来改变从非准直光学系统400入射的光的光程长度，并控制从焦点位置移动器100出射的光在光轴方向上的焦点位置。
旋转轴104可以位于第一反射表面101和第二反射表面102之间的区域中，或者可以位于除第一反射表面101和第二反射表面102之间的区域之外的区域中，如下面将描述的那样。
第一反射表面101反射来自非准直光学系统400的光。从第一反射表面101反射的光朝向第二反射表面102行进并被第二反射表面102反射。第三反射表面114将来自第二反射表面102的光返回到第二反射表面102。即，来自非准直光学系统400的依次经由光路109、光路110和光路111的光被第三反射表面114返回。被第三反射表面114返回的光依次经由相同的光路(即，光路111、光路110和光路109)被第四反射表面115反射，以出射。
通过使用焦点位置移动器100，并且通过控制单元120控制例如台架103的旋转角度，可以改变焦点位置移动器100内的光的光程长度。因此，可以控制从焦点位置移动器100出射的光122在光轴方向上的焦点位置。
将描述焦点位置移动器100内的光程长度的变化。
在下面的描述中，假设聚光透镜117的中心点是光的入射点112，其中(xi,yi)是入射点112的坐标。假设反射来自第二反射表面102的光的第三反射表面114上的点是中间点113，其中(xo,yo)是中间点113的坐标。此外，假设从第三反射表面114返回的光被出射的点是出射点112'，并且假设从入射点112到中间点113的光程长度与从中间点113到出射点112'的光程长度相同。
另外，(x01,y01)是第一反射表面101与从旋转轴104向第一反射表面101绘制的垂直线的交点105的坐标，并且(x02,y02)是第二反射表面102与从旋转轴104向第二反射表面102绘制的垂直线的交点106的坐标。假设从旋转轴104向第一反射表面101绘制的垂直线的长度R与从旋转轴104向第二反射表面102绘制的垂直线的长度R相同。即，假设第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离为2R。
当从旋转轴104向光路(入射光轴)109绘制垂直线时，假设该垂直线的长度为Y。即，入射在非准直光学系统400上的光以距旋转轴104的偏移距离Y入射在第一反射表面101上。第一反射表面101与光路(入射光轴)109平行的状态被定义为旋转角度0°。这里，在旋转角度0°处，假设第一反射表面101比第二反射表面102更靠近光路(入射光轴)109。
当旋转角度0°的状态被设置为基准时，假设台架103从旋转角度0°逆时针旋转角度θ。旋转角度θ被控制在例如0°至90°的范围内。因此，使台架103旋转的马达优选是可以使台架103逆时针或顺时针旋转的电流马达(galvano-motor)。这里，使台架103旋转的马达可以是旋转马达，其可以仅单向地(例如，逆时针方向)旋转台架103。在这种情况下，当旋转角度θ减小时，可以在台架103旋转一圈之后从旋转角度0°的状态再次控制旋转角度θ。
在上述前提下，首先，交点105的坐标(x01,y01)和交点106的坐标(x02,y02)如下式(1)至(4)所示。
Figure BDA0002195148640000071
...(1)
Figure BDA0002195148640000081
...(2)
Figure BDA0002195148640000082
...(3)
Figure BDA0002195148640000083
...(4)
接下来，当(x1，y1)是第一反射表面101上的坐标并且(x2，y2)是第二反射表面102上的坐标时，可以获得下式(5)和(6)中所示的关系。
y1-y01＝(tanθ)×(x1-x01)
...(5)
y2-y02＝(tanθ)×(x2-x02)
...(6)
接下来，(xm1，ym1)是反射来自非准直光学系统400的光的第一反射表面101上的点107的坐标，并且(xm2，ym2)是反射来自第一反射表面101的光的第二反射表面102上的点108的坐标。yB1是非准直光学系统400和第一反射表面101之间的光路109上的y坐标，并且(xBR，yBR)是第一反射表面101和第二反射表面102之间的光路110上的坐标。在这种情况下，第一反射表面101和第二反射表面102之间的光路110上的坐标可以如下式(7)所示。
yBR-ym1＝tan(2θ)×(xBR-xm1)
...(7)
接下来，yBO是由第二反射表面102反射的光的光路111上的y坐标。在这种情况下，反射点107的坐标(xm1，ym1)和反射点108的坐标(xm2，ym2)如下式(8)至(11)所示。
Figure BDA0002195148640000091
...(8)
ym1＝Y
...(9)
Figure BDA0002195148640000092
...(10)
Figure BDA0002195148640000093
...(11)
接下来，当(xi，yi)是光的入射点112的坐标并且(xo，yo)是光的中点113的坐标时，光路109的长度，即，从坐标(xi，yi)到坐标(xm1，ym1)的长度，如下式(12)所示。
Figure BDA0002195148640000094
...(12)
光路110的长度，即，从坐标(xm1,ym1)到坐标(xm2,ym2)的长度，如下式(13)所示。
Figure BDA0002195148640000101
...(13)
此外，光路111的长度，即，从坐标(xm2,ym2)到坐标(xo,yo)的长度，如下式(14)所示。
Figure BDA0002195148640000102
...(14)
因此，从光的入射点112到中点113的光程长度，即，从坐标(xi,yi)到坐标(xo,yo)的长度，如下式(15)所示。
l＝4R·sinθ-xi+xo
...(15)
这里，假设来自第二反射表面102的光通过第三反射表面114再次返回到第二反射表面102而不移动光轴。在这种情况下，由于从入射点112到中点113的光程长度等于从中点113到出射点112'的光程长度，所以从入射点112到出射点112'的光程长度如下式(16)所示。
2×l＝8×R·sinθ-xi+2×xo+Δ
...(16)
这里，Δ是第三反射表面114中的光轴的移动量。如上所述，当假设第三反射表面114中没有光轴移动时，Δ为零。
如同从式(16)可以明了的那样，光程长度根据台架103的旋转角度θ而变化。即，通过控制旋转角度θ，可以控制光在焦点位置移动器100中的光程长度，并控制从焦点位置移动器100出射的光在光轴方向上的焦点位置。当第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离(2×R)设置得大时，可以将光程长度相对于旋转角度θ的变化量设置得大。
例如，通过使用电流马达旋转驱动台架103，能够以比聚光透镜117被线性地驱动时更高的速度和更高的精度控制光在光轴方向上的焦点位置。第一反射表面101的尺寸和第二反射表面102的尺寸可以相同，或者可以彼此不同。在后一种情况下，如下面将描述的那样，第一反射表面101在尺寸上优选小于第二反射表面102。
在前面的描述中，假设第一反射表面101和第二反射表面102彼此平行，但是即使当第一反射表面101和第二反射表面102彼此不平行时，也可以应用上述原理。
例如，当假设第一反射表面101偏离第二反射表面102角度α时，沿光路111的光的光轴偏离沿光路109的光的光轴(2×α)。然而，由于沿光路111的光的光轴不取决于旋转角度θ，所以尽管旋转角度θ发生变化，来自第二反射表面102的光也平行地移动。也就是说，即使当旋转角度θ改变时，沿光路111的光的光轴偏离沿光路109的光的光轴(2×α)的关系也是恒定的。因此，当第三反射表面114将反射光反射到与入射光的光路相同的光路时，返回的光再次返回光路109。
这意味着即使当第一反射表面101和第二反射表面102彼此不平行时也可以应用上述原理。换句话说，这意味着即使假设第一反射表面101和第二反射表面102彼此平行，也可以不精确地设置平行度。根据光被第三反射表面114反射的反射角，可以补偿第一反射表面101和第二反射表面102的反射位置处的平行度的变化。
(第二实施例)
图3是示出作为图1B中的光学装置200的具体示例的第二实施例的图。
该实施例说明了当台架103的旋转角度θ在56°至63°的范围内以1°为单位改变时的光路的示例。
第一反射表面1011、......、1012、......和1013设置在距旋转轴104(坐标(0,0))25mm的位置处，并且第二反射表面1021、......、1022、......和1023也设置在距旋转轴(104)25mm的位置处。第一反射表面1011和第二反射表面1021对应于56°的旋转角度θ的情况，并且设置为彼此平行。第一反射表面1012和第二反射表面1022对应于59°的旋转角度θ的情况并且设置为彼此平行。第一反射表面1013和第二反射表面1023对应于63°的旋转角度θ的情况并且设置为彼此平行。
第一反射表面1011、......、1012、......和1013的尺寸与第二反射表面1021、......、1022、......和1023的尺寸相同，并且例如为120mm。在该示例中，假设第一反射表面1011、......、1012、......和1013的尺寸与第二反射表面1021、......、1022、......和1023的尺寸为在平行于台架103的上表面的方向上的尺寸(宽度)。
这里，沿光路109的光的光轴方向称为x轴，并且与其垂直的方向称为y轴。聚光透镜117设置在距旋转轴104的x方向上10mm和y方向上-5mm的位置处。第三反射表面114设置在距旋转轴104的x方向上20mm的位置处。第三反射表面114例如是具有彼此垂直的两个反射表面的反射镜。也就是说，来自第二反射表面1021、......、1022、......和1023的光从两个反射表面中的一个反射，并且随后被这两个反射表面中的另一个反射。此后，光从第三反射表面114返回到第二反射表面1021、......、1022、......和1023。
如上所述，当第三反射表面114是具有彼此垂直的两个反射表面的反射镜时，用作前向路径的光路109、110和111可以稍微偏离用作返回路径的光路111、110和109。因此，不用担心沿着用作前向路径的光路109、110和111传播的光与沿着用作返回路径的光路111、110和109传播的光之间的干涉。这里，在这种情况下，由于式(16)的Δ不为零，因此需要考虑在光轴方向上的焦点位置处的Δ。
代替具有两个反射表面的反射镜，第三反射表面114可以是一个反射镜，其将光反射到与入射光的光路相同的光路。
第四反射表面1151和1152提取与光路109上的入射光的光轴相同的方向(即，x方向)上的出射光122。这里，第四反射表面1151和1152可以设置成提取与光路109上的入射光的光轴相交的方向(例如，y方向)上的出射光122。
准直光从光源300入射在聚光透镜117上，并且聚光透镜117的焦距是200mm。台架103由电流马达驱动，并且旋转角度θ控制在56°至63°的范围内。在图中，以1°的间隔示出了光路，以便容易看到光路。通过电流马达的台架103的旋转速度可以设置为每秒约1转(1Hz＝1rps)。
在前述条件下，光程长度可以在151.5mm至156.5mm的范围内变化。当旋转角度θ从59°变为62°时焦点位置的移动速度为5mm/(3/360)＝600mm/ms。在现有技术中的通过设置在线性台架上的透镜的线性运动进行焦点移动时，焦点位置的移动速度约为200mm/ms。也就是说，根据该示例，可以高速且高精度地控制焦点位置。
在该示例中，第四反射表面1151设置在距聚光透镜117的x方向上10mm的位置处，并且第四反射表面1152设置在距第四反射表面1151的x方向上-10mm的位置处。这是用于防止从焦点位置移动器200提取的光的光路干涉到第一反射表面1011、......、1012、......和1013的设计。由于聚光透镜117的焦距为200mm，所以焦点形成在距第四反射表面1152的x方向上约45mm至50mm的位置处。
根据第二实施例，通过以这种方式控制光程长度，可以高速且高精度地控制光在光轴方向上的焦点位置。
当一个反射镜用作第三反射表面114并且第三反射表面114将光反射到与入射光相同的光路时，优选紧在第一反射表面1011、......、1012、......和1013之前插入分束器。
来自非准直光学系统400的光可以通过波长板转换成线偏振光束，可以通过偏振分束器和四分之一波长板转换成圆偏振光束，并且可以随后入射在第一反射表面1011、......、1012、......和1013上。在这种情况下，通过将从第三反射表面114返回的光通过四分之一波长板转换成其偏振再次旋转90°的线偏振光束，可以通过偏振分束器提取线偏振光束。
台架103是圆盘，但是，考虑到减轻重量等，可以是圆盘的一部分、棒状形状或任何其他形状。这里，在任何形状中，都需要实现这样的结构，其中旋转轴104物理地连接到第一反射表面1011、......、1012、......和1013与第二反射表面1021、......、1022、......和1023。
(第三实施例)
图4是示出作为图1A至图1C中的光学装置的具体示例的第三实施例的图。
如上所述，第一反射表面101的尺寸可以与第二反射表面102的尺寸不同。因此，在该示例中，将描述第一反射表面101的尺寸被设置成小于第二反射表面102的尺寸并且例如减轻由电流马达驱动的台架103的重量的示例。
在这种情况下，由于减小了电流马达上的负荷，因此台架103可以高速旋转。这意味着焦点位置移动器100可以高速且高精度地控制焦点位置。
当式(8)中指示的坐标xm1相对于旋转角度θ微分时，获得下式。
Figure BDA0002195148640000141
...(17)。
当式(17)在可控旋转角θ的中心角θ0处为0时，xm1的位移最小。因此，可以获得式(18)中所示的关系式。
Figure BDA0002195148640000142
...(18)
因此，当θ＝θ0时，从旋转轴104向包括第一反射表面101的平面绘制的垂直线与该平面的交点105的坐标(x01,y01)和点107的坐标(xm1,ym1)一致，入射光在点107处从第一反射表面101反射。在这种情况下，不需要增加第一反射表面101的尺寸以覆盖xm1的位移。也就是说，通过使第一反射表面101的尺寸小于第二反射表面102的尺寸，可以减轻台架103的重量。由于交点105的坐标(x01,y01)与在θ＝θ0处的反射点107的坐标(xm1,ym1)一致，所以台架103上的重心容易稳定，这也有助于焦点位置的高速控制。
该示例中的光学装置的配置基本上与第一实施例的配置相同。这里，聚光透镜117设置在距旋转轴104的x方向上-10mm和y方向上-12.3mm的位置处，使得式(17)在θ0＝60.5°处变为0。结果，在与台架103的上表面平行的方向上，第一反射表面101的尺寸(宽度)可以设置为4mm，并且第二反射表面102的尺寸可以设置为13mm。
在该示例中，从旋转轴104向包括第一反射表面101的平面绘制的垂直线的长度R1不同于从旋转轴104向第二反射表面102绘制的垂直线的长度R2。在这种情况下，交点105的坐标(x01,y01)和交点106的坐标(x02,y02)如下式(19)至(22)所示。
Figure BDA0002195148640000151
...(19)
Figure BDA0002195148640000152
...(20)
Figure BDA0002195148640000153
...(21)
Figure BDA0002195148640000154
...(22)
在这种情况下，光程长度如下。
2×l＝4×(R1+R2)·sinθ-xi+2×xo+Δ
...(23)
当将式(16)与式(23)进行比较时，可以理解光程长度的变化不取决于距旋转轴104的距离，而是取决于第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离(2R或R1+R2)。在该示例中，如上所述，第二反射表面102的尺寸大于第一反射表面101的尺寸。因此，在该示例中，第二反射表面102设置在比第一反射表面101更靠近旋转轴104的位置处。
如上所述，根据第三实施例，减小了电流马达上的负荷。因此，台架103可以高速旋转，并且焦点位置移动器100高速且高精度地控制焦点位置。
(第四实施例)
图5是示出作为图1中的光学装置的具体示例的第四实施例的图。
第四实施例是第一反射表面101和第二反射表面102未设置成相对于旋转轴104点对称的示例。
在该示例中，从旋转轴104向第一反射表面101或包括第一反射表面101的平面绘制的垂直线的长度设置为50mm。从旋转轴104向第二反射表面102或包括第二反射表面102的平面绘制的垂直线的长度设置为0mm。也就是说，旋转轴104包括在第二反射表面102或包括第二反射表面102的平面中。聚光透镜117设置在距旋转轴104的x方向上40mm和y方向上-25mm的位置处。另外，返回光的第三反射表面114设置在距旋转轴104的x方向上30mm的位置处。
控制单元120使电流马达旋转地驱动台架103。控制单元120将台架103的旋转角度控制在59°至62°的范围内。通过电流马达的台架103的旋转速度设置为例如约每秒1转(1Hz＝1rps)。
在上述条件下，光程长度可以在151.5mm至156.5mm的范围内变化。例如，当旋转角度θ为59°时，光从第一反射表面1014和第二反射表面1024反射，并且光程长度为156.5mm。当旋转角度θ为62°时，光被第一反射表面1015和第二反射表面1025反射，并且光程长度为151.5mm。
在该示例中，可以高速且高精度地控制焦点位置，并且可以减小第一反射表面101的尺寸和第二反射表面102的尺寸。例如，第一反射表面101的尺寸(水平宽度)可以设置为4mm，并且第二反射表面102的尺寸(水平宽度)可以设置为13mm。
(第五实施例)
图6是示出作为图1中的光学装置的具体示例的第五实施例的图。
第五实施例是来自非准直光学系统400的光被第一反射表面101和第二反射表面102多次反射的示例。
在该示例中，通过改变其中第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离接近或者第一反射表面101面对第二反射表面102的面积增大的配置，可以增加光在第一反射表面101和第二反射表面102之间反射的次数。
例如，在图中，光被第一反射表面101和第二反射表面102沿向第三反射表面的前向路径反射两次，并且从第一反射表面101和第二反射表面102沿从第三反射表面114的返回路径反射两次。在上述的第一实施例至第四实施例中，光被第一反射表面101和第二反射表面102沿前向路径和返回路径反射的次数只有一次。也就是说，根据该示例，与上述的第一实施例至第四实施例相比，光程长度可以增加大约两倍。
这意味着，当光程长度的变化范围是恒定的时，与上述的第一实施例至第四实施例相比，在该示例中可以进一步减小台架103的旋转角度θ的范围。即，在该示例中，由于可以根据小的旋转角度θ获得期望的光程长度，因此能够有助于高速且高精度地控制焦点位置。
在该示例中，由于第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离窄并且第一反射表面101和第二反射表面102设置在靠近旋转轴104的位置处，因此可以减少马达的负荷，从而实现高速运转。
光在第一反射表面101和第二反射表面102之间反射的次数不限于2，而且可以是3或更多。
(第六实施例)
图7是示出作为图1中的光学装置的具体示例的第六实施例的图。
第六实施例是光沿上述的第一实施例至第四实施例中的前向路径和返回路径多次往复的示例。因此，根据该示例的光学装置包括返回光的多个返回反射表面。
例如，在该示例中，包括第一返回反射表面1141、第二返回反射表面1142和第三返回反射表面1143。第一返回反射表面1141等同于上述的第一实施例至第五实施例中的第三反射表面114。第二返回反射表面1142用作第五反射表面，其将由第一返回反射表面1141返回并由第一反射表面101反射的光返回到第一反射表面101。第三返回反射表面1143用作第六反射表面，其将由第二返回反射表面1142返回并由第二反射表面102反射的光返回到第二反射表面102。
第一返回反射表面1141、第二返回反射表面1142和第三返回反射表面1143中的每一个是具有两个垂直反射表面的反射镜。因此，入射在每个返回反射表面上的入射光的光路和从每个返回反射表面反射的反射光可以被移位。也就是说，光可以在第一返回反射表面1141、第二返回反射表面1142和第三返回反射表面1143之间多次往复。
在该示例中，光被第一返回反射表面1141、第二返回反射表面1142和第三返回反射表面1143移位的方向是垂直于台架103的上表面的方向，但是本发明不限于此。例如，光被第一返回反射表面1141、第二返回反射表面1142和第三返回反射表面1143移位的方向可以是平行于台架103的上表面的方向。
在上述配置中，诸如电流马达的马达130旋转地驱动台架103以设置台架103的旋转角度θ。此后，来自非准直光学系统400的光在第一返回反射表面1141、第二返回反射表面1142和第三返回反射表面1143之间往复两次，随后通过第四反射表面115提取。
根据该示例，可以如第五实施例中那样增加光程长度。因此，可以根据小的旋转角度θ获得所需的光程长度。结果，可以高速且高精度地控制焦点位置。第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离窄，并且第一反射表面101和第二反射表面102设置在靠近旋转轴104的位置处，因此可以减小马达上的负荷，从而实现高速运转。
光在多个返回反射表面之间往复的次数不限于2，而且可以是3或更多。
(第七实施例)
图8是示出作为图1中的光学装置的具体示例的第七实施例的图。
第七实施例涉及第一反射表面101和第二反射表面102的配置。在上述的第一实施例至第六实施例中，第一反射表面101和第二反射表面102例如是相互独立的反射镜。然而，第一反射表面101和第二反射表面102不限于此，并且可以是预先确定的构件的内表面。
例如，如图所示，第一反射表面101和第二反射表面102可以是一个晶体(例如，玻璃材料)的晶体表面。也就是说，晶体140中具有第一反射表面101和第二反射表面102。晶体140固定到台架103。
在该示例中，可以通过在晶体140上的抛光工作来改善第一反射表面101和第二反射表面102的平行度。即，当第一反射表面101和第二反射表面102是独立的反射镜并且每个反射镜固定到台架103时，必须调节第一反射表面101和第二反射表面102的平行度，因此工作可能会复杂化。因此，当使用晶体140时，可以分别进行用于确保第一反射表面101和第二反射表面102的平行度的工作以及用于将第一反射表面101和第二反射表面102安装在台架103上的工作。
因此，根据该示例，可以有效地进行用于组装光学装置的工作。
当晶体140用作第一反射表面101和第二反射表面102时，优选地涂覆光入射到其上的端面Sin和光从其出射的端面Sout，以减少光的反射。
晶体140优选地被设置为使得光在光路109和111上的光轴与端面Sin和Sout之间形成的角度是所谓的布儒斯特角。布儒斯特角取决于晶体140的材料，并且例如约为60°。在这种情况下，通过将约60°设置为光在光路109上的光轴与端面Sin之间形成的角度和光在光路111上的光轴与端面Sout之间形成的角度中的每一个，能够减少端面Sin和Sout上的反射损耗。
(第八实施例)
图9是示出作为图1中的光学装置的具体示例的第八实施例的图。
第八实施例是这样的情况的示例：在光在焦点位置移动器100内部传播的过程中，形成来自聚光透镜117的会聚光的斑点，并且光作为扩散光从焦点位置移动器100出射。在这种情况下，从焦点位置移动器100出射的扩散光被光学系统400'改变为会聚光，使得光的斑点再次被限制。
光学系统400'是会聚光学系统，其使光的光束直径在光的传播方向上会聚。光学系统400'包括例如聚光透镜150和160。在出射光122通过聚光透镜150和160之后形成从第四反射表面115提取的出射光122的斑点。
这里，a是从通过聚光透镜117在焦点位置移动器100内部形成的斑点位置到聚光透镜150的距离，并且b是从聚光透镜150到通过聚光透镜150会聚的光的斑点位置的距离。另外，f是聚光透镜150的焦距。此时，满足a>f。
以下关系成立。
Figure BDA0002195148640000201
...(24)
因此，使用焦点位置移动器100控制光程长度，即，可以通过控制距离a来控制距离b。
在该示例中，通过提供光学系统400'，可以使焦点位置移动器100控制焦点位置并将焦点位置设置在相对远离焦点位置移动器100的位置处。因此，可以提高焦点位置在光轴方向上的自由度，并且设置用于控制出射光122在光学系统400'内部的方向(垂直于光轴的方向上的焦点位置)的诸如电流镜的装置。
在前述配置中，例如，准直光(平行光)入射在聚光透镜117上。聚光透镜117的焦距例如是50mm。在该示例中，从旋转轴104向第一反射表面101或包括第一反射表面101的平面绘制的垂直线的长度设置为20mm。从旋转轴104向第二反射表面102或包括第二反射表面102的平面绘制的垂直线的长度设置为0mm。也就是说，旋转轴104包括在第二反射表面102或包括第二反射表面102的平面中。
台架103的旋转角度θ被控制在38°至43°的范围内。图9示出了以1°的间隔改变光路，从而容易看到光路。聚光透镜117设置在距旋转轴104的x方向上5mm和y方向上-15mm的位置处。第三反射表面114设置在x方向上的25mm的位置处。在这种情况下，通过第三反射表面114从聚光透镜117反射并从焦点位置移动器100出射的出射光122的光程长度可以控制在约89.3mm至94.6mm的范围内。
通过第四反射表面115提取的出射光122入射在光学系统400'内的聚光透镜150上。当从第四反射表面114到聚光透镜150的距离约为10.5mm时，从入射点112到出射点112'的光程长度可以控制在94.8mm到100.1mm的范围内。
当假设聚光透镜150的焦距f为15mm时，出射侧的焦点可以控制在22.5mm至21.4mm的范围内。聚光透镜160设置在距聚光透镜150的50mm的位置处。在这种情况下，当假设聚光透镜160的焦距为20mm时，在距聚光透镜160的73.3mm到66.7mm的位置处形成焦点。
在该示例中，在非准直光学系统400中使用一个聚光透镜117，并且在会聚光学系统400'中使用两个聚光透镜150和160。这里，在该示例中的光学装置中使用的透镜的数量不限于3。例如，还可以根据焦点位置(设计值)增加或减少透镜的数量。可以实现在以所需的数值孔径NA会聚光的同时控制焦点位置的光学设计。此外，包括在非准直光学系统400和会聚光学系统400'中的透镜不限于凸透镜，并且可以是凹透镜、柱面透镜等。
(第九实施例)
图10是示出作为图1中的光学装置的具体示例的第九实施例的图。
第九实施例是第一反射表面101和第二反射表面102彼此不平行的情况的示例。这里，尽管第一反射表面101和第二反射表面102被描述为不平行，但是第一反射表面101和第二反射表面102必须彼此面对。也就是说，在这种布置中，来自第一反射表面101的光可以被第二反射表面102反射。
例如，在第一反射表面101(1016和1017)与第二反射表面102(1026和1027)之间形成的角度α约为60°。第一反射表面1016和第二反射表面1026对应于旋转角度θ为56°的情况。第一反射表面1017和第二反射表面1027对应于旋转角度θ为63°的情况。
R1是从旋转轴104向第一反射表面101或包括第一反射表面101的平面绘制的垂直线的长度，并且R2是从旋转轴104向第二反射表面102或包括第二反射表面102的平面绘制的垂直线的长度。在这种情况下，交点105的坐标(x01,y01)和交点106的坐标(x02,y02)以下式(25)至(28)表示。
Figure BDA0002195148640000221
...(25)
Figure BDA0002195148640000222
...(26)
Figure BDA0002195148640000223
...(27)
Figure BDA0002195148640000224
...(28)
当(x1，y1)是第一反射表面101上的坐标并且(x2，y2)是第二反射表面102上的坐标时，这些坐标在下式(29)和(30)中描述。
y1-y01＝(tanθ)×(x1-x01)
...(29)
y2-y02＝(tan(θ+α))×(x2-x02)
...(30)
这里，(xm1，ym1)是来自非准直光学系统400的光被第一反射表面101反射的点，并且(xm2，ym2)是光被第二反射表面102反射的点。另外，yBI是光路109上的y坐标，并且(xBR，yBR)是第一反射表面101和第二反射表面102之间的光路110上的坐标。在这种情况下，第一反射表面101和第二反射表面102之间的光路110上的坐标可以在式(31)中描述。
yBR-ym1＝tan(2θ)×(xBR-xm1)
...(31)
另外，当(xo，yo)是第二反射表面102和第三反射表面114之间的光路111上的坐标时，光路111上的坐标可以在式(32)中描述。
yo-ym2＝tan(2α)×(xO-xm2)
...(32)
从以上可以理解，光程长度的变化量不取决于旋转轴104与第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离R1和R2，而是取决于第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离(R1+R2)。即，当缩短第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离时，可以减小光程长度。相反，当延长第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离时，可以增加光程长度。
在前述配置中，例如，准直光(平行光)入射在焦距100mm的聚光透镜117上。台架103的旋转角度θ控制在56°至63°的范围内。第一反射表面101设置在距旋转轴104的50mm(R1＝50)的位置处，并且第二反射表面102设置在距旋转轴104的0mm(R2＝0)的位置处。第二反射表面102相对于第一反射表面101倾斜α＝-60°。
聚光透镜117设置在距旋转轴104的x方向上30mm和y方向上-25.7mm的位置处。第三反射表面114具有这样的布局，即，其中当旋转角度θ为56°时，光在距旋转轴104的x方向上30mm的位置处反射。第三反射表面114相对于y轴倾斜2α(＝120°)，使得反射光的光路与入射光的光路重叠。
第三反射表面114可以具有这样的布局，使得反射光的光路不与入射光的光路重叠。例如，第三反射表面114可以包括两个相互垂直的反射表面，使得反射光的光路在z方向(即垂直于台架103的上表面的方向)上稍微偏离入射光的光路。第三反射表面114可以在z方向上略微倾斜，使得反射光的光路不与入射光的光路重叠。
在前述配置中，光程长度可以在45.2mm至51.4mm的范围内变化。即，通过控制台架103的旋转角度θ，作为光程长度可以实现6.2mm的变化量。当假设第四反射表面115设置在与入射光端的正下方距离5mm的位置处时，焦点位置可以控制在距第四反射表面115的59.8mm至53.6mm的范围内。
当第一反射表面101和第二反射表面102彼此平行时，光程长度可以控制在例如82.9mm至89.1mm的范围内。也就是说，在这种情况下，光程长度的变化量是6.2mm并且在该示例中是恒定的。然而，当第一反射表面101和第二反射表面102彼此平行时，实现该变化量所需的光程长度比该示例中长约90mm。因此，需要诸如聚光透镜的焦距增加之类的设计。
然而，在该示例中，由于可以利用短的光程长度获得预先确定的变化量，因此可以控制光轴方向上的焦点位置而无需聚光透镜的焦距增加的设计。
在该示例中，可以决定第二反射表面102的布局，使得第二反射表面102对光的反射发生在更靠近旋转轴104的地方。在这种情况下，减少了电流马达上的负荷，因此可以高速地控制焦点位置。
(第十实施例)
接下来，将描述使用根据第十实施例的焦点位置移动器来控制在垂直于光轴的方向上的焦点位置的技术。
图11A至图11E是示出根据第十实施例的包括焦点位置移动器的光学装置的示例的图。
图11A示出了入射在焦点位置移动器600上的光的光轴方向与从焦点位置移动器600出射的光的光轴方向不同的示例。这里，不同方向的意思是从焦点位置移动器600出射的光的光轴相对于入射在焦点位置移动器600上的光的光轴具有等于或大于45°且等于或小于135°的倾斜度(例如，90°的倾斜度)。
图11B示出了入射在焦点位置移动器700上的光的光轴方向与从焦点位置移动器700出射的光的光轴方向相同的示例。这里，相同方向的意思是从焦点位置移动器700出射的光的光轴相对于入射在焦点位置移动器700上的光的光轴在等于或大于0°(平行)且小于45°的范围内。
图11C示出了图11A中的焦点位置移动器600和图11B中的焦点位置移动器700的组合示例。
图11D和图11E示出了比较例。在比较例中，使用包括所谓的fθ透镜的电流扫描仪800来控制在垂直于光轴的方向上的焦点位置FP_h0、FP_h1和FP_h2。然而，从电流扫描仪800出射的光的光轴取决于焦点位置FP_h0、FP_h1和FP_h2并且彼此不平行。因此，焦点位置FP_h0、FP_h1和FP_h2处的光束直径根据焦点位置而改变。
图11A和图11B中所示的焦点位置移动器600和700根据焦点位置FP_h0、FP_h1和FP_h2改变光从焦点位置移动器600和700出射的位置。因此，从焦点位置移动器600和700出射的光的光轴不取决于焦点位置FP_h0、FP_h1和FP_h2并且彼此平行。因此，焦点位置FP_h0、FP_h1和FP_h2处的光束直径不改变，并且可以控制垂直于光轴的方向上的焦点位置。
例如，来自光源300的光在来自光源300的光是例如准直光(平行光)的状态下入射在焦点位置移动器600和700上。焦点位置移动器600和700进行控制，使得从每个焦点位置移动器出射的光的光路在垂直于光路的方向上移动。然后，通过非准直光学系统400将从焦点位置移动器600和700出射的光变为会聚光。
这里，在该实施例中，产生会聚光以形成焦点的非准直光学系统400设置在焦点位置移动器600和700的后台架上。这是因为当使用非准直光在垂直于光轴的方向上控制焦点位置(出射位置)时光轴方向上的焦点位置可能会由于光程长度的变化而同时改变。
也就是说，该实施例的目的是在垂直于光的光轴的方向上独立地控制焦点位置(出射位置)。因此，优选的是准直光入射在焦点位置移动器600和700上，并且从焦点位置移动器600和700出射的光在非准直光学系统400中变为会聚光。
优选使用焦点位置移动器600和700中的一个同时进行在光的光轴方向上的焦点位置的控制和在垂直于光的光轴的方向上的焦点位置的控制的情况是例外的。
光源300例如是激光振荡器，并且来自光源300的光是例如激光束。
从焦点位置移动器600和700出射的光的光轴不取决于焦点位置FP_h0、FP_h1和FP_h2并且彼此平行。这是因为，如下面的原理将描述的那样，垂直于光轴的方向上的焦点位置不是通过fθ透镜控制的，而是通过控制彼此面对且能够绕旋转轴旋转的第一反射表面和第二反射表面的旋转角度来控制的。
图12是示出在第十实施例中控制垂直于光轴的方向上的焦点位置的原理的图。
垂直于光轴的方向上的焦点位置由焦点位置移动器700控制。焦点位置移动器700通过移动从非准直光学系统400入射的光的光路来控制在与从焦点位置移动器700出射的光的光轴垂直的方向上的焦点位置。
因此，焦点位置移动器700包括第一反射表面101、面对第一反射表面101的第二反射表面102以及控制单元120。
第一反射表面101和第二反射表面102例如是反射镜。在该示例中，为了便于描述，假设第一反射表面101和第二反射表面102彼此平行。然而，只要第一反射表面101和第二反射表面102彼此面对，第一反射表面101和第二反射表面102就可以不彼此平行。
这里，第一反射表面101和第二反射表面102彼此面对的事实的意思是，在第一反射表面101和第二反射表面102之间的角度α在等于或大于0°(平行)且小于90°的范围内。这是因为重要的是第二反射表面102能够反射来自第一反射表面101的光，如下面将描述的那样。
第一反射表面101和第二反射表面102都可以围绕旋转轴104旋转。第一反射表面101和第二反射表面102必须在保持第一反射表面101和第二反射表面102之间的相对布置的状态下绕旋转轴104旋转。因此，焦点位置移动器700包括例如能够绕旋转轴104旋转的台架103。在这种情况下，第一反射表面101和第二反射表面102固定到台架103。控制单元120通过改变台架103的旋转角度来移动入射在非准直光学系统400上的光的光路，并控制从焦点位置移动器100出射的光在垂直于光轴的方向上的焦点位置。
如以下将描述的那样，旋转轴104可以位于第一反射表面101和第二反射表面102之间的区域中，或者可以位于除第一反射表面101和第二反射表面102之间的区域之外的区域中。
第一反射表面101反射来自非准直光学系统400的光。由第一反射表面101反射的光朝向第二反射表面102行进并被第二反射表面102反射。即，来自非准直光学系统400的光依次经由光路109、110和111输出到出射点112'。
当使用焦点位置移动器700时，例如，控制单元120可以通过控制台架103的旋转角度来改变从焦点位置移动器700出射的光的出射位置。因此，可以控制从焦点位置移动器700出射的出射光122在垂直于光轴的方向上的焦点位置。
将描述焦点位置移动器700内部的光路的移动。
在下面的描述中，透镜117'的中心点是光的入射点112，并且(xi,yi)是入射点112的坐标。另外，(xo,yo)是出射点112'的坐标，来自第二反射表面102的光在出射点112'处出射。
另外，(x01,y01)是第一反射表面101与从旋转轴104向第一反射表面101绘制的垂直线之间的交点105的坐标，并且(x02,y02)是第二反射表面102与从旋转轴104向第二反射表面102绘制的垂直线之间的交点106的坐标。假设从旋转轴104向第一反射表面101绘制的垂直线的长度R与从旋转轴104向第二反射表面102绘制的垂直线的长度R相同。即，假设第一反射表面101和第二反射表面102之间的间隔为2R。
当从旋转轴104向光路(入射光轴)109绘制垂直线时，假设该垂直线的长度为Y。即，入射在非准直光学系统400上的光与旋转轴104偏移距离Y地入射在第一反射表面101上。第一反射表面101与光路(入射光轴)109平行的状态被定义为旋转角度0°。这里，在旋转角度0°处，假设第一反射表面101比第二反射表面102更靠近光路(入射光轴)109。
当旋转角度0°的状态被设置为基准时，假设台架103从旋转角度0°逆时针旋转角度θ。旋转角度θ被控制在例如0°至90°的范围内。因此，使台架103旋转的马达优选是可以使台架103逆时针或顺时针旋转的电流马达。这里，使台架103旋转的马达可以是仅能够单向地(例如，逆时针方向)旋转台架103的旋转马达。在这种情况下，当旋转角度θ设置得小时，可以通过使台架103旋转一次而从旋转角度0°的状态再次控制旋转角度θ。
在上述前提下，首先，交点105的坐标(x01,y01)和交点106的坐标(x02,y02)如下式(33)至(36)所示。
Figure BDA0002195148640000281
...(33)
Figure BDA0002195148640000291
...(34)
Figure BDA0002195148640000292
...(35)
Figure BDA0002195148640000293
...(36)
接下来，当(x1，y1)是第一反射表面101上的坐标并且(x2，y2)是第二反射表面102上的坐标时，可以获得下式(37)和(38)中所示的关系。
y1-y01＝(tanθ)×(x1-x01)
...(37)
y2-y02＝(tanθ)×(x2-x02)
...(38)
接下来，(xm1，ym1)是反射来自非准直光学系统400的光的第一反射表面101上的点107的坐标，并且(xm2，ym2)是反射来自第一反射表面101的光的第二反射表面102上的点108的坐标。假设yB1是非准直光学系统400和第一反射表面101之间的光路109上的y坐标，并且(xBR，yBR)是第一反射表面101和第二反射表面102之间的光路110上的坐标。在这种情况下，第一反射表面101和第二反射表面102之间的光路110上的坐标可以在下式(39)中描述。
yBR-ym1＝tan(2θ)×(xBR-xm1)
...(39)
接下来，yBO是由第二反射表面102反射的光的光路111上的y坐标。在这种情况下，反射点107的坐标(xm1，ym1)和反射点108的坐标(xm2，ym2)在下式(40)至(43)中表示。
Figure BDA0002195148640000301
...(40)
ym1＝Y
...(41)
Figure BDA0002195148640000302
...(42)
Figure BDA0002195148640000303
...(43)
这里，由于第一反射表面101和第二反射表面102彼此平行，因此来自第二反射表面102的光沿着平行于光路109的光路111(即，在y＝ym2上的光路)传播，并输出到出射点112′。如式(43)所示，可以理解，通过改变台架103的旋转角度θ来改变y坐标。通过改变从旋转轴104到第一反射点101的距离R和从旋转轴104到第二反射点102的距离R，可以增加移动量。
因此，根据前述原理，可以根据旋转角度θ控制光从焦点位置移动器700出射的出射位置，并且控制在垂直于光的光轴的方向上的焦点位置。
在前面的描述中，假设第一反射表面101和第二反射表面102彼此平行，但是即使当第一反射表面101和第二反射表面102两者彼此不平行时，也可以应用上述原理。
例如，当假设第一反射表面101偏离第二反射表面102角度α时，沿光路111的光的光轴偏离沿光路109的光的光轴(2×α)。然而，由于沿光路111的光的光轴不取决于旋转角度θ，所以尽管旋转角度θ发生变化，来自第二反射表面102的光也仅平移。也就是说，即使当旋转角度θ改变时，沿光路111的光的光轴偏离沿光路109的光的光轴(2×α)的关系也是恒定的。
这意味着即使当第一反射表面101和第二反射表面102彼此不平行时也可以应用上述原理。换句话说，这意味着即使当假设第一反射表面101和第二反射表面102彼此平行时，也可以不精确地设置平行度。安装在出射点112'之后的光学系统可以根据第一反射表面101和第二反射表面102的反射位置补偿平行度的变化。
(第十一实施例)
图13是示出第十一实施例的图，第十一实施例是图11A至图11E中的光学装置的具体示例。
该示例是当台架103的旋转角度θ在82°至86°的范围内以1°为单位改变时的光路的示例。
第一反射表面1011'......和1012'设置在距旋转轴104(坐标(0,0))25mm的位置处，并且第二反射表面1021'......和1022'也设置在距旋转轴(104)25mm的位置处。第一反射表面1011'和第二反射表面1021'对应于82°的旋转角度θ的情况，并且设置为彼此平行。第一反射表面1012'和第二反射表面1022'对应于86°的旋转角度θ的情况并且设置为彼此平行。
第一反射表面1011'......和1012'的尺寸与第二反射表面1021'......和1022'的尺寸相同，并且例如是8mm。在该示例中，假设第一反射表面1011'......和1012'的尺寸和第二反射表面1021'......和1022'的尺寸是在平行于台架103的上表面的方向上的尺寸(水平宽度)。这里，沿光路109的光的光轴方向称为x轴，并且与其垂直的方向称为y轴。聚光透镜117'设置在距旋转轴104的y方向上(图中下侧)-5mm的位置处。
准直光从光源300入射到透镜117'上，并且聚光透镜117'的焦距是200mm。台架103由电流马达驱动，并且旋转角度θ控制在82°至86°的范围内。通过电流马达的台架103的旋转速度可以设置为每秒约1转(1Hz＝1rps)。
在上述条件下，来自焦点位置移动器700的光的出射位置(即，出射点112'的y坐标)在从y0(＝8.92mm)到y4(＝3.72mm)的范围内变化。这里，y0是旋转角度θ为82°时的出射位置，并且y4是旋转角度θ为86°时的出射位置。这意味着该示例中的焦点位置移动器700可以在8.92mm至3.72mm的范围内控制在垂直于光轴的方向上的焦点(y坐标)。此外，在该示例中从焦点位置移动器700出射的光的光路(光轴)111不取决于旋转角度θ并是平行的。这意味着焦点处的光束直径在每个出射位置处不改变。
根据该示例，在从82°到86°的旋转角度θ的范围内，光束移动的速度是5mm/(4/360)＝450mm/ms。即，根据该示例，可以高速且高精度地控制焦点位置。
然而，在比较例中，在专利文献1中公开的环形移动器中光被反射的次数是6。在根据该示例的焦点位置移动器700中，光被反射的次数是2。这意味着可以在根据该示例的焦点位置移动器700充分地抑制反射表面上的光学损耗的状态下控制焦点位置。
在该示例中，台架103是圆盘，但是，考虑到减轻重量等，可以是圆盘的一部分、棒状形状或任何其他形状。这里，在任何形状中，都需要实现这样的结构，其中旋转轴104物理地连接到第一反射表面1011'......和1012'以及第二反射表面1021'......，和1022'。
(第十二实施例)
图14是示出第十二实施例的图，第十二实施例是图11A至图11E中的光学装置的具体示例。
如上所述，第一反射表面101的尺寸可以与第二反射表面102的尺寸不同。因此，在该示例中，将描述第一反射表面101的尺寸被设置成小于第二反射表面102的尺寸并且例如减轻由电流马达驱动的台架103的重量的示例。
在这种情况下，由于减小了电流马达上的负荷，因此台架103可以高速旋转。这意味着焦点位置移动器700可以高速且高精度地控制焦点位置。
当式(44)中指示的坐标xm1相对于旋转角度θ微分时，获得下式。
Figure BDA0002195148640000331
...(44)
当式(44)在可控旋转角θ的中心角θ0处为0时，xm1的位移最小。因此，可以获得式(45)中所示的关系式。
Figure BDA0002195148640000332
...(45)
因此，当θ＝θ0时，从旋转轴104向包括第一反射表面101的平面绘制的垂直线与该平面的交点105的坐标(x01,y01)和点107的坐标(xm1,ym1)一致，入射光在点107处从第一反射表面101反射。在这种情况下，不需要增加第一反射表面101的尺寸以覆盖xm1的位移。也就是说，通过使第一反射表面101的尺寸小于第二反射表面102的尺寸，可以减轻台架103的重量。由于交点105的坐标(x01,y01)与在θ＝θ0处的反射点107的坐标(xm1,ym1)一致，所以台架103上的重心容易稳定，这也有助于焦点位置的高速控制。
该示例中的光学装置的配置基本上与图12中的第十实施例的配置相同。这里，聚光透镜117设置在距旋转轴104的y方向上-2.13mm的位置处，使得式(44)在θ0＝84°时变为0。结果，在与台架103的上表面平行的方向上，第一反射表面101的尺寸(水平宽度)可以设置为2mm，并且第二反射表面102的尺寸可以设置为8mm。
在该示例中，从旋转轴104向包括第一反射表面101的平面绘制的垂直线的长度R1不同于从旋转轴104向第二反射表面102绘制的垂直线的长度R2。在这种情况下，交点105的坐标(x01,y01)和交点106的坐标(x02,y02)如下式(46)至(49)所示。
Figure BDA0002195148640000341
...(46)
Figure BDA0002195148640000342
...(47)
Figure BDA0002195148640000343
...(48)
Figure BDA0002195148640000344
...(49)
在这种情况下，出射位置(即，出射点112'的y坐标(ym2))如下。
Figure BDA0002195148640000345
...(50)
当将式(43)与式(50)进行比较时，可以理解出射位置的变化不取决于距旋转轴104的距离，而是取决于第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离(2R或R1+R2)。在该示例中，如上所述，第二反射表面102的尺寸大于第一反射表面101的尺寸。因此，在该示例中，第二反射表面102设置在比第一反射表面101更靠近旋转轴104的位置处。
如上所述，根据第十二实施例，减小了电流马达上的负荷。因此，台架103可以高速旋转，并且焦点位置移动器100高速且高精度地控制焦点位置。
(第十三实施例)
图15是示出第十三实施例的图，第十三实施例是图11A至图11E中的光学装置的具体示例。
第十三实施例是第一反射表面101和第二反射表面102未设置成相对于旋转轴104点对称的示例。
在该示例中，从旋转轴104向第一反射表面101或包括第一反射表面101的平面绘制的垂直线的长度设置为50mm。从旋转轴104向第二反射表面102或包括第二反射表面102的平面绘制的垂直线的长度设置为0mm。也就是说，旋转轴104包括在第二反射表面102或包括第二反射表面102的平面中。聚光透镜117'设置在距旋转轴104的y方向上-25mm的位置处。此外，第一反射表面101的尺寸(水平宽度)设置为6mm，并且第二反射表面102的尺寸(水平宽度)设置为10mm。
控制单元120使电流马达旋转地驱动台架103。控制单元120将台架103的旋转角度控制在82°至86°的范围内。通过电流马达的台架103的旋转速度设置为例如约每秒1转(1Hz＝1rps)。
在上述条件下，来自焦点位置移动器700的光的出射位置(即，出射点112'的y坐标)在从y0(＝8.92mm)到y4(＝3.72mm)的范围内变化。这意味着该示例中的焦点位置移动器700可以在8.92mm至3.72mm的范围内控制在垂直于光轴的方向上的焦点(y坐标)。此外，在该示例中从焦点位置移动器700出射的光的光路(光轴)111不取决于旋转角度θ并是平行的。这意味着各焦点处的光束直径在各出射位置处不改变。
根据该示例，在从82°到86°的旋转角度θ的范围内，光束移动的速度是5mm/(4/360)＝450mm/ms。即，根据该示例，可以高速且高精度地控制焦点位置。
(第十四实施例)
图16是示出第十四实施例的图，第十四实施例是图11A至图11E中的光学装置的具体示例。
第十四实施例是来自非准直光学系统400的光被第一反射表面101和第二反射表面102多次反射的示例。
在该示例中，通过改变其中第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离接近或者第一反射表面101面对第二反射表面102的面积增大的配置，可以增加光在第一反射表面101和第二反射表面102之间反射的次数。
例如，在图中，光被第一反射表面101和第二反射表面102反射两次。在上述的第一实施例至第十三实施例中，光被第一反射表面101和第二反射表面102反射的次数为仅一次。也就是说，根据该示例，与上述的第一实施例至第十三实施例相比，出射位置的移动量可以几乎加倍地增大。
这意味着，当出射位置的移动量是恒定的时，与上述的第一实施例至第十三实施例相比，在该示例中，可以进一步减小台架103的旋转角度θ的范围。也就是说，在该示例中，由于出射位置可以根据小的旋转角度θ仅移动所需的移动量，因此可以有助于高速且高精度地控制焦点位置。
在该示例中，由于第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离窄并且第一反射表面101和第二反射表面102设置在靠近旋转轴104的位置处，因此可以减少马达的负荷，从而实现高速运转。
光在第一反射表面101和第二反射表面102之间反射的次数不限于2，而且可以是3或更多。
(第十五实施例)
图17是示出第十五实施例的图，第十五实施例是图11A至图11E中的光学装置的具体示例。
第十五实施例是在上述的第十实施例至第十四实施例中进一步设置将来自第二反射表面102的光返回到第二反射表面102的第三反射表面1144的示例。在这种情况下，来自入射点112的光被第三反射表面1144反射并沿基本相同的路径返回以传播到出射点112'。也就是说，光的入射点112和出射点112'位于基本相同的位置处。
第三反射表面1144例如是具有两个垂直反射表面的反射镜。因此，入射在第三反射表面1144上的入射光和由第三反射表面1144反射的反射光的光路可以移位。在该示例中，光被第三反射表面1144移位的方向是平行于台架103的上表面的方向，但是本发明不限于此。例如，光被第三反射表面1144移位的方向可以是垂直于台架103的上表面的方向，如将在下面描述的第十九实施例中所述的那样。
这样，当使用第三反射表面1144使光返回仅一次时，出射位置的移动量几乎加倍。当出射位置的移动量是恒定的时，在该示例中，可以将台架103的旋转角度θ的范围设置得小，并且可以减少电流马达上的负荷。即，在该示例中，与第十四实施例中一样，由于出射位置可以根据小的旋转角度θ移动所需的移动量，因此可以高速且高精度地控制焦点位置。
在该示例中，当光朝向第三反射表面1144行进的方向被设置为前向路径并且光从第三反射表面1144返回的方向被设置为返回路径时，光可以沿前向路径和返回路径多次往复。在这种情况下，也可以在入射点112侧设置返回光的新反射表面。
(第十六实施例)
图18是示出第十六实施例的图，第十六实施例是图11A至图11E中的光学装置的具体示例。
第十六实施例是在上述的第十实施例至第十四实施例中进一步设置将来自第二反射表面102的光返回到第二反射表面102的第三反射表面1145的示例。在这种情况下，来自入射点112的光被第三反射表面1145反射并沿基本相同的路径返回以传播到出射点112'。也就是说，光的入射点112和出射点112'位于基本相同的位置处。
第三反射表面1145例如是一个平面镜。然而，第三反射表面1145的表面的垂直线不平行于来自第二反射表面102的光的光路(光轴)111并且以恒定角度倾斜。因此，入射在第三反射表面1145上的入射光和由第三反射表面1145反射的反射光的光路可以移位。
光被第三反射表面1145移位的方向可以是与台架103的上表面平行的方向，如图中所示，或者替代地可以是垂直于台架103的上表面的方向。光被第三反射表面1145移位的方向可以是与台架103的上表面不平行也不垂直的倾斜方向。
例如，当光在平行于台架103的上表面的方向上移位时，第三反射表面1145的表面可以相对于光路111在平行于台架103的上表面的x-y方向上倾斜预先确定的量。当光在垂直于台架103的上表面的方向上移位时，第三反射表面1145的表面可以相对于光路111在垂直于台架103的上表面的z方向上倾斜预先确定的量。
这样，当使用第三反射表面1145使光返回仅一次时，出射位置的移动量几乎加倍。当出射位置的移动量是恒定的时，在该示例中，可以将台架103的旋转角度θ的范围设置得小，并且可以减少电流马达上的负荷。即，在该示例中，与第十四实施例中一样，由于出射位置能够以小的旋转角度θ移动所需的移动量，因此可以高速且高精度地控制焦点位置。
在该示例中，当光朝向第三反射表面1145行进的方向被设置为前向路径并且光从第三反射表面1145返回的方向被设置为返回路径时，光可以沿前向路径和返回路径多次往复。在这种情况下，也可以在入射点112侧设置返回光的新反射表面。
(第十七实施例)
图19是示出作为光学装置的具体示例的第十七实施例的图。
第十七实施例涉及第一反射表面101和第二反射表面102的配置。在上述的第十实施例至第十六实施例中，第一反射表面101和第二反射表面102例如是相互独立的反射镜。然而，第一反射表面101和第二反射表面102不限于此，并且可以是预先确定的构件的内表面。
例如，如图所示，第一反射表面101和第二反射表面102可以是一个晶体(例如，玻璃材料)的晶体表面。也就是说，晶体140中具有第一反射表面101和第二反射表面102。晶体140固定到台架103。
在该示例中，可以通过在晶体140上的抛光工作来改善第一反射表面101和第二反射表面102的平行度。即，当第一反射表面101和第二反射表面102是独立的反射镜并且每个反射镜固定到台架103时，必须调节第一反射表面101和第二反射表面102的平行度，因此工作可能会复杂化。因此，当使用晶体140时，可以分别进行用于确保第一反射表面101和第二反射表面102的平行度的工作以及用于将第一反射表面101和第二反射表面102安装在台架103上的工作。
因此，根据该示例，可以有效地进行用于组装光学装置的工作。
当晶体140用作第一反射表面101和第二反射表面102时，优选地涂覆光入射到其上的端面Sin和光从其出射的端面Sout，以减少光的反射。
晶体140优选地被设置为使得光在光路109和111上的光轴与端面Sin和Sout之间形成的角度是所谓的布儒斯特角。布儒斯特角取决于晶体140的材料，并且例如约为60°。在这种情况下，通过将约60°设置为光在光路109上的光轴与端面Sin之间形成的角度以及光在光路111上的光轴与端面Sout之间形成的角度中的每一个，可以减少端面Sin和Sout上的反射损耗。
(第十八实施例)
图20是示出第十八实施例的图，第十八实施例是图11A至图11E中的光学装置的具体示例。
第十八实施例是第一反射表面101和第二反射表面102彼此不平行的情况的示例。这里，尽管第一反射表面101和第二反射表面102被描述为不平行，但是第一反射表面101和第二反射表面102必须彼此面对。也就是说，在这种布置中，来自第一反射表面101的光可以被第二反射表面102反射。
例如，在第一反射表面101(1016'和1017')与第二反射表面102(1026'和1027')之间形成的角度α约为60°。第一反射表面1016'和第二反射表面1026'对应于旋转角度θ为56°的情况。第一反射表面1017'和第二反射表面1027'对应于旋转角度θ为63°的情况。
R1是从旋转轴104向第一反射表面101或包括第一反射表面101的平面绘制的垂直线的长度，并且R2是从旋转轴104向第二反射表面102或包括第二反射表面102的平面绘制的垂直线的长度。在这种情况下，交点105的坐标(x01,y01)和交点106的坐标(x02,y02)以下式(51)至(54)表示。
Figure BDA0002195148640000401
...(51)
Figure BDA0002195148640000402
...(52)
Figure BDA0002195148640000403
...(53)
Figure BDA0002195148640000404
...(54)
当(x1,y1)是第一反射表面101上的坐标并且(x2,y2)是第二反射表面102上的坐标时，这些坐标在下式(55)和(56)中描述。
y1-y01＝(tanθ)×(x1-x01)
...(55)
y2-y02＝(tan(θ+α))×(x2-x02)
...(56)
这里，(xm1，ym1)是来自非准直光学系统400的光被第一反射表面101反射的点，并且(xm2，ym2)是光被第二反射表面102反射的点。另外，yBI是光路109上的y坐标，并且(xBR，yBR)是第一反射表面101和第二反射表面102之间的光路110上的坐标。在这种情况下，第一反射表面101和第二反射表面102之间的光路110上的坐标可以在式(57)中描述。
yBR-ym1＝tan(2θ)×(xBR-xm1)
...(57)
另外，(xo，yo)是第二反射表面102和第三反射表面114之间的光路111上的坐标，可以在式(58)中描述光路111上的坐标。
yo-ym2＝tan(2α)×(xO-xm2)
...(58)
从以上可以理解，出射位置的移动量不取决于旋转轴104与第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离R1和R2，而是取决于第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离(R1+R2)。即，当缩短第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离时，可以减小出射位置的移动量。相反，当延长第一反射表面101和第二反射表面102之间的距离时，可以增加出射位置的移动量。
在前述配置中，例如，准直光(平行光)入射在焦距100mm的聚光透镜117'上。台架103的旋转角θ控制在56°至63°的范围内。第一反射表面101设置在距旋转轴(104)50mm(R1＝50)的位置处，并且第二反射表面102设置在距旋转轴(104)0mm(R2＝0)的位置处。第二反射表面102相对于第一反射表面101倾斜α＝-60°。透镜117'设置在距旋转轴104的x方向上300mm和y方向上-25.7mm的位置处。
在前述配置中，从焦点位置移动器出射的出射光的移动量可以实现为10.5mm。也就是说，通过控制台架103的旋转角度θ，可以将垂直于光轴的方向上的焦点位置控制在距离0mm(基准点)10.5mm的范围内。此外，从各出射点(xi,yi)出射的光彼此平行。因此，当从各出射点(xi,yi)出射的光的光束直径在焦点处是恒定的并且焦点位置移动器用在处理装置中时，可以实现处理精度等的提高。
在该示例中，可以决定第二反射表面102的布局，使得第二反射表面102对光的反射发生在更靠近旋转轴104的地方。在这种情况下，减少了电流马达上的负荷，因此可以高速地控制焦点位置。
(第十九实施例)
图21是示出第十九实施例的图，第十九实施例是图11A至图11E中的光学装置的具体示例。
第十九实施例是在上述的第十五实施例中进一步设置将来自第二反射表面102的光返回到第二反射表面102的第三反射表面1146的示例。在这种情况下，来自入射点112的光被第三反射表面1146反射并沿基本相同的路径返回以传播到出射点112'。也就是说，光的入射点112和出射点112'位于基本相同的位置处。
如以上描述的第十五实施例中一样，第三反射表面1146例如是具有两个垂直反射表面的反射镜。这里，在该示例中，光被第三反射表面1146移位的方向是垂直于台架103的上表面的方向。因此，入射在第三反射表面1146上的入射光和被第三反射表面1146反射的反射光的光路可以移位。
这样，当使用第三反射表面1146使光返回仅一次时，出射位置的移动量几乎加倍。当出射位置的移动量是恒定的时，在该示例中，可以将台架103的旋转角度θ的范围设置得小，并且可以减少电流马达上的负荷。即，在该示例中，与第十四实施例中一样，由于出射位置可以根据小的旋转角度θ移动所需的移动量，因此可以高速且高精度地控制焦点位置。
在该示例中，当光朝向第三反射表面1146行进的方向被设置为前向路径并且光从第三反射表面1146返回的方向被设置为返回路径时，光可以沿前向路径和返回路径多次往复。在这种情况下，也可以在入射点112侧设置返回光的新反射表面。
在第十五实施例中，光被第三反射表面1144移位的方向是平行于台架103的上表面的方向。在这种情况下，当在台架103的横向侧观察时，朝向第三反射表面1144行进的光和从第三反射表面1144返回的光彼此重叠，并且当在台架103的上侧观察时，朝向第三反射表面1144行进的光和从第三反射表面1144返回的光彼此不重叠。
然而，在第十九实施例的情况下，光被第三反射表面1146移位的方向是垂直于台架103的上表面的方向。在这种情况下，当在台架103的横向侧观察时，朝向第三反射表面1146行进的光和从第三反射表面1146返回的光彼此不重叠，并且当在台架103的上侧观察时，朝向第三反射表面1146行进的光和从第三反射表面1146返回的光彼此重叠。
这里，也可以组合第十五实施例和第十九实施例。也就是说，光被第三反射表面移位的方向可以是与台架103的上表面不平行也不垂直的倾斜方向。在这种情况下，当在台架103的横向侧观察时，朝向第三反射表面1144行进的光和从第三反射表面1146返回的光彼此不重叠，并且当在台架103的上侧观察时，朝向第三反射表面1146行进的光和从第三反射表面1144返回的光彼此不重叠。
(其他实施例)
已经描述了本发明的实施例，但是本发明不限于这些实施例，并且可以在本发明的主旨的范围内以各种形式进行修改。
例如，在使用激光进行诸如标记、打孔或焊接的工作的处理装置中，重要的是高速且高精度地控制来自激光振荡器的光的焦点位置。上述焦点位置移动器可以应用于这种处理装置。
图22示出了处理装置的示例。
处理装置包括光源300、来自光源300的光入射在其上的非准直光学系统400、以及控制来自非准直光学系统400的光的光程长度的焦点位置移动器100或200。待处理的物品901设置在台架900上。通过控制物品901上的光的焦点位置，可以在物品901上进行诸如标记、打孔或焊接的工作。
此外，可以使用上述焦点位置移动器来配置显微镜。在这种情况下，当测量目标的平面方向是x-y方向并且其深度方向是z方向时，可以在特定的x-z平面上高速扫描聚光点。例如，对于多光子显微镜、荧光显微镜等，根据出射到测量目标的光的焦点位置，发生非线性效应、荧光材料的吸收等。因此，通过获取焦点位置处的信息，可以进行三维成像。
到目前为止，通过在平面方向(x-y方向)上向测量目标扫描辐射光、随后改变深度方向(z方向)、并且将辐射光扫描到该位置处的平面上来进行成像。然而，在该实施例中，由于可以在深度方向上高速进行成像，因此可以观察到来自测量目标的表面的物质在深度方向上的移动等。
可以使用上述焦点位置移动器来配置检查设备。
例如，在检查物品的表面状态的检查设备中，需要以恒定的辐射角辐射辐射光，以避免在辐射光的角度处光束直径的变化。
然而，由于现有技术中的检查设备使用f-θ透镜控制在垂直于光轴的方向上的焦点位置，因此焦点处的光束直径可能会不可避免地变化。因此，当在这种检查设备中使用上述焦点位置移动器时，可以在不改变焦点处的光束直径的情况下控制垂直于光轴的方向上的焦点位置。
在上述的各实施例中，重要的是在保持第一反射表面101和第二反射表面102之间的相对布置的状态下第一反射表面101和第二反射表面102绕旋转轴104旋转。因此，在该示例中，设置台架103，并且彼此面对的第一反射表面101和第二反射表面102固定到台架103。
然而，例如，根据不使用台架103的方法，第一反射表面101和第二反射表面102可以在保持第一反射表面101和第二反射表面102之间的相对布置的状态下绕旋转轴104旋转。例如，可以设置驱动第一反射表面101的第一马达和驱动第二反射表面102的第二马达。这里，在这种情况下，控制单元120必须在第一马达和第二马达同步的状态下控制旋转。
在垂直于光轴的方向上的焦点位置的控制可以应用于用于在垂直于光路的方向上移动光的光路(即，控制光在该方向上的出射位置)的技术。也就是说，对于不包括非准直光学系统400的光学设备或包括非准直光学系统400但不控制出射位置以控制焦点位置的光学设备，可以应用以上所述的各实施例作为仅仅移动光的光轴的光学设备。
根据前述实施例，可以实现有利于高速且高精度地控制光的焦点位置的光学设备。也就是说，能够在不移动聚光透镜的情况下在光轴方向上高速且高精度地控制焦点位置。另外，可以在不改变焦点位置处的光束直径的情况下高速且高精度地控制在垂直于光轴的方向上的焦点位置。
虽然参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应当被赋予最宽的解释，以便涵盖所有这类修改以及等同的结构和功能。
本申请要求于2018年9月14日提交的日本专利申请第2018-172135号的权益，在此通过引用将其全部并入本文。

Claims (20)

1.一种控制光的焦点位置的光学装置，其特征在于，包括：
第一反射表面，被配置为能够绕旋转轴旋转并反射光；
第二反射表面，被配置为能够绕所述旋转轴旋转、面对第一反射表面并反射来自第一反射表面的光；
第三反射表面，将来自第二反射表面的光返回到第二反射表面；以及
控制单元，被配置为：通过在保持第一反射表面和第二反射表面之间的相对布置的状态下使第一反射表面和第二反射表面绕所述旋转轴旋转，来控制经由第二反射表面从第三反射表面返回到第一反射表面的光在光轴方向上的焦点位置。
2.一种控制光的焦点位置的光学装置，其特征在于，包括：
第一反射表面，被配置成能够绕旋转轴旋转并反射光；
第二反射表面，被配置为能够绕所述旋转轴旋转、面对第一反射表面并反射来自第一反射表面的光；以及
控制单元，被配置为：通过在保持第一反射表面和第二反射表面之间的相对布置的状态下使第一反射表面和第二反射表面绕所述旋转轴旋转，来控制来自第二反射表面的光在垂直于光路的方向上的焦点位置。
3.根据权利要求1所述的光学装置，还包括：
台架，被配置为能够绕所述旋转轴旋转，
其中，第一反射表面和第二反射表面固定在台架上，并且
其中，控制单元通过改变台架的旋转角度来控制焦点位置。
4.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述旋转轴位于第一反射表面和第二反射表面之间的区域中。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述旋转轴位于除第一反射表面和第二反射表面之间的区域之外的区域中。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其中，第一反射表面的尺寸不同于第二反射表面的尺寸。
7.根据权利要求1所述的光学装置，其中，从所述旋转轴向第一反射表面或包括第一反射表面的平面绘制的垂直线的长度不同于从所述旋转轴向第二反射表面或包括第二反射表面的平面绘制的垂直线的长度。
8.根据权利要求1所述的光学装置，其中，第一反射表面和第二反射表面不设置成相对于所述旋转轴点对称。
9.根据权利要求1所述的光学装置，其中，光在第一反射表面和第二反射表面之间多次往复。
10.根据权利要求1所述的光学装置，其中，第三反射表面将反射光反射到与入射光的光路相同的光路。
11.根据权利要求1所述的光学装置，还包括：
第四反射表面，被配置为提取经由第二反射表面从第三反射表面返回到第一反射表面的光。
12.根据权利要求11所述的光学装置，还包括：
第五反射表面，被配置为将由第三反射表面返回并由第一反射表面反射的光返回到第一反射表面，
其中，第三反射表面和第五反射表面将反射光反射到与入射光的光路不同的光路，并且
其中，第四反射表面提取经由第一反射表面从第五反射表面返回到第二反射表面的光。
13.根据权利要求1所述的光学装置，其中，在光被第一反射表面反射之前，该光被非准直光学系统变成会聚光或扩散光。
14.根据权利要求2所述的光学装置，其中，在光被第一反射表面和第二反射表面反射之后，该光被非准直光学系统变成会聚光。
15.根据权利要求1所述的光学装置，其中，第一反射表面和第二反射表面不平行。
16.根据权利要求1所述的光学装置，其中，第二反射表面设置成比第一反射表面更靠近所述旋转轴。
17.根据权利要求1所述的光学装置，其中，控制单元使用电流马达来驱动第一反射表面和第二反射表面。
18.根据权利要求1所述的光学装置，其中，控制单元使用能够单向旋转的旋转马达来驱动第一反射表面和第二反射表面。
19.一种控制光的焦点位置的光学装置，其特征在于，包括：
第一反射表面，被配置成能够绕旋转轴旋转并反射光；
第二反射表面，被配置为能够绕所述旋转轴旋转、面对第一反射表面并反射来自第一反射表面的光；以及
控制单元，被配置为：通过在保持第一反射表面和第二反射表面之间的相对布置的状态下使第一反射表面和第二反射表面绕所述旋转轴旋转，使来自第二反射表面的光的光路在垂直于该光路的方向上移动。
20.一种处理装置，其特征在于，包括：
根据权利要求1、2和19中的一项所述的光学装置；以及
光源，被配置为产生入射在光学装置上的光，
其中，通过控制焦点位置来处理设置在焦点位置处的物品。
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