JPH09245959A - ビーム照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射部や装置全体を移動せずに適切な集束ビ
ームの照射位置を移動できる、簡単な構成で小形のビー
ム照射装置を得る。 【解決手段】 端部を開放した、ＴＥ0n（ nは１以上の
整数）モードを伝搬する円形導波管、上記円形導波管の
管軸を焦線とし、上記円形導波管から放射された電磁波
を反射させて平面波を放射する放物筒鏡を備えた放射部
と、上記放物筒鏡の対称面内で、上記放物筒鏡の焦線と
のなす角αが所定の角度である上記平面波の放射軸を鏡
軸とし、上記平面波を反射集束させる回転放物面からな
る回転放物面鏡と、上記回転放物面鏡をその鏡軸の回り
に回転させる第１の回転手段と、上記回転放物面鏡をそ
の鏡軸に沿って平行移動させる第１の移動手段とを備
え、上記第１の回転手段と第１の移動手段により上記回
転放物面鏡を駆動して電磁波の照射位置を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、放射部と反射鏡
を備えたビーム照射装置に係わり、特に、反射鏡を駆動
する手段を備え、放射部から放射された電力、高周波の
電磁波のビームを、反射鏡を駆動して目標に照射するビ
ーム照射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置として図１４に示す
ようなものがあった。この図は、特公昭５２ー３７２２
８に示されたもので、図において、１ａは導波管、２は
１次放射器、３は集束反射鏡、Ｆは焦点、１００は岩
石、コンクリート、焼却灰等の被照射体である。発振器
から出力される大電力、高周波の電磁波は、導波管１ａ
を通り１次放射器２に導かれる。１次放射器２から放射
された電磁波は、集束反射鏡３で反射され、集束反射鏡
３の焦点Ｆに集束する。焦点Ｆに集束された電磁波は、
被照射体１００を加熱し、被照射体１００を溶融、また
は破砕する。

【０００３】図１５は、従来のこの種の装置の他の例を
示す図である。この図は、特開平３ー２５９５に示され
たもので、図において、５０は発振器、５１は移動装
置、５２は上下動機構である。発振器５０から出力され
る大電力、高周波の電磁波は、導波管１ａを通り１次放
射器２に導かれる。１次放射器２から放射された電磁波
は、被照射体１００を加熱し、被照射体１００を溶融、
または破砕する。発振器５０から１次放射器２までの装
置を搭載した移動装置５１、及び上下動機構５２によ
り、１次放射器２の位置を動かすことで、被照射体１０
０が広範囲にわたる場合でも、電磁波を被照射体に放射
して溶融、または破砕することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の装置は上記のよ
うに構成されていたので、様々な位置の被照射体１００
を溶融、または破砕する場合、その方向にビームを向け
るために、発振器５０、導波管１ａ、集束反射鏡３、１
次放射器２等の装置を移動装置５１に搭載し、被照射体
１００の位置の変化に応じて上記の装置全体を移動させ
なければならず、装置が大型化、複雑化してしまう欠点
があった。

【０００５】本発明は、かかる問題を解決するために成
されたもので、発振器５０、導波管１ａ、１次放射器２
の位置を変えることなく集束されたビームの焦点Ｆの位
置を２次元、もしくは３次元的に変化させることができ
るビーム照射装置を得ることを目的とする。

【０００６】また、任意の被照射体１００の位置におけ
る、ビームの集束の度合い、すなわちビームのスポット
サイズを容易に変化させることができるビーム照射装置
を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
ビーム照射装置は、端部を開放した、ＴＥ0n（ nは１以
上の整数）モードを伝搬する円形導波管、上記円形導波
管の管軸を焦線とし、上記円形導波管から放射された電
磁波を反射させて平面波を放射する放物筒鏡を備えた放
射部と、上記放物筒鏡の対称面内で、上記放物筒鏡の焦
線とのなす角αが、 α＝ａｒｃｓｉｎ（ｋcn／ｋ） ｋcn＝χ0n′／ａ ｋ＝２π／λ0 ここで、χ0n′はＪ0 ′（χ）＝０の０でない第ｎ根 Ｊ0 ′（χ）はＢｅｓｓｅｌ関数のχに関する１階微分 ａは円形導波管内半径 λ0は自由空間波長 である上記平面波の放射軸を鏡軸とし、上記平面波を反
射集束させる回転放物面からなる回転放物面鏡と、上記
回転放物面鏡をその鏡軸の回りに回転させる第１の回転
手段と、上記回転放物面鏡をその鏡軸に沿って平行移動
させる第１の移動手段とを備え、上記第１の回転手段と
第１の移動手段により上記回転放物面鏡を駆動して電磁
波の照射位置を移動させるものである。

【０００８】請求項２の発明に係わるビーム照射装置
は、端部を開放した、ＴＥ0n（ nは１以上の整数）モー
ドを伝搬する円形導波管、上記円形導波管の管軸を焦線
とし、上記円形導波管から放射された電磁波を反射させ
て平面波を放射する放物筒鏡を備えた放射部と、上記放
物筒鏡の対称面内で、上記放物筒鏡の焦線とのなす角α
が、 α＝ａｒｃｓｉｎ（ｋcn／ｋ） ｋcn＝χ0n′／ａ ｋ＝２π／λ0 ここで、χ0n′はＪ0 ′（χ）＝０の０でない第ｎ根 Ｊ0 ′（χ）はＢｅｓｓｅｌ関数のχに関する１階微分 ａは円形導波管内半径 λ0は自由空間波長 である上記平面波の放射軸を鏡軸とし、上記平面波を反
射集束させる回転放物面からなる回転放物面鏡と、上記
回転放物面鏡をその鏡軸の回りに回転させる第１の回転
手段と、上記回転放物面鏡を上記放物筒鏡の対称面に垂
直な方向を軸として回転させる第２の回転手段とを備
え、上記第１の回転手段と第２の回転手段により上記回
転放物面鏡を駆動して電磁波の照射位置を移動させるも
のである。

【０００９】請求項３の発明に係わるビーム照射装置
は、請求項１記載のビーム照射装置において、上記回転
放物面鏡を上記放物筒鏡の対称面内の上記回転放物面鏡
の鏡軸に垂直な軸に沿って平行移動させる第２の移動手
段を備え、上記第１の回転手段と第１の移動手段と第２
の移動手段により上記回転放物面鏡を駆動して電磁波の
照射位置を移動させるものである。

【００１０】請求項４の発明に係わるビーム照射装置
は、請求項２記載のビーム照射装置において、上記回転
放物面鏡を上記放物筒鏡の対称面内の上記回転放物面鏡
の鏡軸に垂直な軸に沿って平行移動させる第２の移動手
段を備え、上記第１の回転手段と第２の回転手段と第２
の移動手段により上記回転放物面鏡を駆動して電磁波の
照射位置を移動させるものである。

【００１１】請求項５の発明に係わるビーム照射装置
は、端部を開放した、ＴＥ0n（ nは１以上の整数）モー
ドを伝搬する円形導波管、上記円形導波管から放射され
た電磁波を反射集束させて球面波を放射する集束反射鏡
を備えた放射部と、上記球面波を反射させる平面鏡と、
上記平面鏡をその法線以外の軸の回りに回転させる第１
の回転手段と、上記平面鏡をその面内以外に平行移動さ
せる第１の移動手段とを備え、上記第１の回転手段と第
１の移動手段により上記平面鏡を駆動して電磁波の照射
位置を移動させるものである。

【００１２】請求項６の発明に係わるビーム照射装置
は、端部を開放した、ＴＥ0n（ nは１以上の整数）モー
ドを伝搬する円形導波管、上記円形導波管から放射され
た電磁波を反射集束させて球面波を放射する集束反射鏡
を備えた放射部と、上記球面波を反射させる平面鏡と、
上記平面鏡をその法線以外の軸の回りに回転させる第１
の回転手段と、上記平面鏡をその面に平行な面内の上記
軸に垂直な軸の回りに回転させる第２の回転手段とを備
え、上記第１の回転手段と第２の回転手段により上記平
面鏡を駆動して電磁波の照射位置を移動させるものであ
る。

【００１３】請求項７の発明に係わるビーム照射装置
は、請求項６記載のビーム照射装置において、上記平面
鏡をその面内以外に平行移動させる第１の移動手段を備
え、上記第１の回転手段と第２の回転手段と第１の移動
手段により上記平面鏡を駆動して電磁波の照射位置を移
動させるものである。

【００１４】請求項８の発明に係わるビーム照射装置
は、請求項５〜７のいずれか１項に記載のビーム照射装
置において、平面鏡に代えて回転双曲面鏡又は回転楕円
面鏡を備えたものである。

【００１５】請求項９の発明に係わるビーム照射装置
は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のビーム照射装
置において、円形導波管の開口付近の放物筒鏡又は集束
反射鏡に対面する部分を、放物筒鏡又は集束反射鏡の対
称面に垂直かつ上記円形導波管の管軸を含む面及び上記
円形導波管の管軸に垂直な面により切り欠いたものであ
る。

【００１６】請求項１０の発明に係わるビーム照射装置
は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のビーム照射装
置において、円形導波管の開口付近の放物筒鏡又は集束
反射鏡に対面する部分を、放物筒鏡又は集束反射鏡の対
称面に垂直かつ上記円形導波管の管軸に斜交する面によ
り切り欠いたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】

発明の実施の形態１.図１はこの発明の一実施の形態で
ある、ビーム照射装置の構成を示すもので、後述の円形
導波管１の管軸を基準に、ビーム照射装置を上記管軸を
含む対称面内で表した図、及び１次放射器を上記管軸に
垂直な面内で表した図である。図において、１は円形導
波管、４は放物筒鏡、２は円形導波管１及び放物筒鏡４
からなる１次放射器、５はビーム駆動用鏡面、Ｆはビー
ム駆動用鏡面５の焦点である。円形導波管１は、ＴＥ0n
（ nは１以上の整数）モードを伝搬する円形導波管であ
る。放物筒鏡４は、鏡面形状が円形導波管の管軸を焦線
とする放物筒である。ビーム駆動用鏡面５は、１次放射
器２から放射される平面波を焦点Ｆに集束する回転放物
面鏡であり、回転放物面鏡の鏡軸は、放物筒鏡４の対称
面内で、円形導波管１の開口より内側に向く管軸とのな
す角（放物筒鏡の焦線とのなす角）αが次の式（１）〜
式（３）で与えられる方向、すなわち上記平面波の伝搬
方向に選ばれる。

【００１８】 α＝ａｒｃｓｉｎ（ｋcn／ｋ）・・・・・（１） ｋcn＝χ0n′／ａ・・・・・・・・・・・（２） ｋ＝２π／λ0 ・・・・・・・・・・・・（３） ここで、χ0n′はＪ0 ′（χ）＝０の０でない第ｎ根 Ｊ0 ′（χ）はＢｅｓｓｅｌ関数のχに関する１階微分 ａは円形導波管内半径 λ0は自由空間波長

【００１９】また、図１に示すように、１次放射器２、
ビーム駆動用鏡面５、及びビーム駆動用鏡面５を動かさ
ない状態、すなわち初期状態における焦点Ｆにそれぞれ
固定した座標系Ｇ−ＸＹＺ、Ｍ−ｘ′ｙ′ｚ′、Ｆ−ｘ
ｙｚを考える。ここで、Ｚは円形導波管１の内向きの管
軸方向、Ｘ、ｘは放物筒鏡４の対称面に平行な方向、
Ｙ、ｙは放物筒鏡４の対称面に垂直な方向、ｚ′、ｚは
回転放物面であるビーム駆動用鏡面５の鏡軸方向、Ｇは
円形導波管１の開口中心、Ｍはビーム駆動用鏡面５の中
心にそれぞれ選ばれる。

【００２０】図２はこの発明の一実施の形態である、ビ
ーム照射装置の動作状態を表す斜視図で、１、２、４、
５、Ｆ、及び座標系は、図１に示すものと同一である。
Ｒは回転軸、Ｐは平行移動軸、７は焦点Ｆの軌跡を表す
面である。回転軸Ｒは、ビーム駆動用鏡面５の回転軸で
あり、図では省略しているが、ビーム照射装置に設けら
れた回転機構により、ビーム駆動用鏡面５は回転され
る。平行移動軸Ｐは、ビーム駆動用鏡面５の平行移動の
方向を表し、図では省略しているが、ビーム照射装置に
設けられた平行移動機構により、ビーム駆動用鏡面５は
平行移動される。焦点の軌跡を表す面７は、ビーム駆動
用鏡面５を動かすことによりビーム駆動用鏡面５の焦点
Ｆの移動する面を表したものである。図２に示した例で
は、回転軸Ｒ、及び平行移動軸Ｐをビーム駆動用鏡面５
の鏡軸、すなわちｚ′軸に一致させる。

【００２１】図２に示すように構成されたビーム照射装
置では、ビーム照射装置に設けられた回転機構によりビ
ーム駆動用鏡面５は回転軸Ｒ回りの回転が可能となり、
焦点Ｆの軌跡はｘｙ面に平行な円弧を描く。また、ビー
ム照射装置に設けられた平行移動機構により、ビーム駆
動用鏡面５は平行移動軸Ｐに沿っての平行移動が可能と
なり、焦点Ｆの軌跡はｙｚ面に平行な直線となる。した
がって、これらの回転、平行移動によって、１次放射器
２から放射された平面波は、焦点Ｆに収差無しに集束
し、焦点Ｆの軌跡７はｚ′軸を回転軸とする円筒面上を
動く。したがって、１次放射器２を動かすことなしに、
ビームを駆動することができる。

【００２２】発明の実施の形態２.図３はこの発明の一
実施の形態である、ビーム照射装置の動作状態を表す斜
視図で、ビーム照射装置の構成は図１に示すものと同一
である。１、２、４、５、７、Ｆ、及び座標系は、図２
に示すものと同一である。ビーム駆動用鏡面５に２本与
えられた回転軸Ｒ１、Ｒ２は、ビーム駆動用鏡面５の回
転軸であり、図では省略しているが、ビーム照射装置に
設けられた回転機構により、ビーム駆動用鏡面５は回転
軸Ｒ１、Ｒ２のまわりに回転される。焦点の軌跡を表す
面７は、ビーム駆動用鏡面５を動かすことによりビーム
駆動用鏡面５で反射された電磁波の集束する点の移動す
る面を表したものである。図３に示した例では、回転軸
Ｒ１を、ビーム駆動用鏡面５の鏡軸、すなわちｚ′軸
に、回転軸Ｒ２を放物筒鏡４の対称面に垂直な方向、す
なわちＹ軸に平行な任意の軸に一致させる。

【００２３】図３に示すように構成されたビーム照射装
置では、ビーム駆動用鏡面５は回転機構により２本の回
転軸Ｒ１、Ｒ２回りの回転が可能となる。ビーム駆動用
鏡面５の鏡軸、すなわちｚ′軸に選んだ回転軸Ｒ１によ
り、上記反射電磁波の集束する点は、概ねｘｙ面に平行
な円弧を描く。また、放物筒鏡４の対称面に垂直な方
向、すなわちＹ軸に平行な任意の軸に選んだ回転軸Ｒ２
により、上記反射電磁波の集束する点は、概ねｚｘ面に
平行な円弧を描く。回転軸Ｒ２回りの回転においては、
ビーム駆動用鏡面５を回転軸Ｒ２回りに回転しない場合
には電磁波は焦点Ｆに収差無しで集束するが、回転軸Ｒ
２回りに回転させると、ビーム駆動用鏡面５を形成する
回転放物面の鏡軸と、１次放射器２から放射される平面
波の進行方向とが一致せず、このため収差を生ずる。し
かしこの場合でも、回転軸Ｒ２回りの回転角が比較的小
さい場合には、ビーム駆動用鏡面５での反射電磁波は、
概ね１点Ｆに集束するものとみなせる。さらに、収差を
伴い、概ね集束された電磁波によっても、本発明の利用
目的、すなわち大電力高周波の電磁波を集束し照射体を
溶融、または破砕する目的を達成できることは言うまで
もない。したがって、これら回転軸Ｒ１、Ｒ２を中心と
するビーム駆動用鏡面５の回転によって、１次放射器２
から放射された平面波は、焦点Ｆに概ね集束し、焦点Ｆ
の軌跡７は２本の回転軸Ｒ１、Ｒ２の交点を中心とする
球面上を動く。したがって、１次放射器２を動かすこと
なしに、ビームを駆動することができる。

【００２４】発明の実施の形態３.図４はこの発明の一
実施の形態である、ビーム照射装置の動作状態を表す斜
視図で、ビーム照射装置の構成は図１に示すものと同一
である。１、２、４、５、７、Ｆ、及び座標系は、図２
に示すものと同一である。回転軸Ｒは、ビーム駆動用鏡
面５の回転軸であり、図では省略しているが、ビーム照
射装置に設けられた回転機構により、ビーム駆動用鏡面
５は回転軸Ｒのまわりに回転される。ビーム駆動用鏡面
５に２本与えられた平行移動軸Ｐ１、Ｐ２は、ビーム駆
動用鏡面５の平行移動の方向を表し、図では省略してい
るが、ビーム照射装置に設けられた平行移動機構によ
り、ビーム駆動用鏡面５は平行移動軸Ｐ１、Ｐ２の方向
に平行移動される。焦点の軌跡を表す面７は、ビーム駆
動用鏡面５を動かすことによりビーム駆動用鏡面５の焦
点Ｆの移動する面を表したものである。図４に示した例
では、回転軸Ｒ、及び平行移動軸Ｐ１をビーム駆動用鏡
面５の鏡軸、すなわちｚ′軸に、また、平行移動軸Ｐ２
を対称面に平行かつｚ′軸に垂直な方向、すなわちｘ軸
に一致させる。

【００２５】図４に示すように構成されたビーム照射装
置では、ビーム駆動用鏡面５に設けられた回転機構によ
り回転軸Ｒ回りの回転が可能となり、焦点Ｆの軌跡はｘ
ｙ面に平行な円弧を描く。また、ビーム駆動用鏡面５は
平行移動機構により、２本の平行移動軸Ｐ１、Ｐ２に沿
っての平行移動が可能となる。平行移動軸Ｐ１、すなわ
ちｚ′軸に沿った平行移動では、焦点Ｆの軌跡はｚ軸に
平行な直線となる。さらに、平行移動軸Ｐ２、すなわち
ｘ軸に沿った平行移動では、焦点Ｆの軌跡はｘ軸に平行
な直線となる。このＰ２軸に沿った平行移動により、回
転軸Ｒ回りの回転による焦点Ｆの軌跡を、ｘｙ面内の円
弧から任意の曲線に変えることができる。図４では、焦
点Ｆの軌跡７を平面として表しているが、上述の理由
で、軌跡７を任意の曲面とすることが可能となる。さら
に、図４の構成では、軌跡７上の任意の点において、１
次放射器２から放射された平面波を収差無しで集束させ
ることが可能である。

【００２６】図５は、この発明における、電磁波の集束
状態と被照射体の位置とを表した図で、Ｆは焦点、１０
０は被照射体、１０はビームを表す。１次放射器から放
射され、ビーム駆動用鏡面５で反射された電磁波は、幾
何光学的に焦点Ｆに集束する。ここで、ビーム駆動用鏡
面を動かして、焦点Ｆの位置を変化させると、被照射体
１００に対する電磁波の照射面積、すなわちビームのス
ポットサイズが変化する。照射される電磁波の電力を一
定とすると、ビームのスポットサイズを変えることによ
り、被照射体における電力密度を変えることができる。
図においては、被照射体１００と集束するビーム１０と
の関係がＡの方が、Ｂの方より電力密度が高くなる。被
照射体１００が例えばコンクリートの場合には、照射電
力密度により被照射体１００が溶融、または破砕する状
態が変化することが知られており、被照射体１００の処
理方法に応じて適切な照射電力密度を選択する必要があ
る。このような要求に対して、図４に示すように構成さ
れたビーム照射装置では、焦点Ｆの軌跡７の曲面を任意
に選べると共に、被照射体１００に対する電力密度を容
易に変化させることができる。

【００２７】上記で、平行移動軸Ｐ２を対称面に平行か
つｚ′軸に垂直な方向、すなわちｘ軸に一致させるよう
に選んだが、この軸をｘｙ面内に存在し、かつｙ軸に平
行な軸以外の軸に選んでも、前記の目的を達成すること
が可能である。

【００２８】発明の実施の形態４.図６はこの発明の一
実施の形態である、ビーム照射装置の動作状態を表す斜
視図で、ビーム照射装置の構成は図１に示すものと同一
である。１、２、４、５、７、Ｆ、及び座標系は、図２
に示すものと同一である。ビーム駆動用鏡面５に２本与
えられた回転軸Ｒ１、Ｒ２は、ビーム駆動用鏡面５の回
転軸であり、図では省略しているが、ビーム照射装置に
設けられた回転機構により、ビーム駆動用鏡面５は回転
軸Ｒ１、Ｒ２のまわりに回転される。ビーム駆動用鏡面
５に与えられた平行移動軸Ｐは、ビーム駆動用鏡面５の
平行移動の方向を表し、図では省略しているが、ビーム
照射装置に設けられた平行移動機構により、ビーム駆動
用鏡面５は平行移動軸Ｐの方向に平行移動される。焦点
の軌跡を表す面７は、ビーム駆動用鏡面５を動かすこと
によりビーム駆動用鏡面５で反射された電磁波のほぼ集
束する点の移動する面を表したものである。図６に示し
た例では、回転軸Ｒ１を、ビーム駆動用鏡面５の鏡軸、
すなわちｚ′軸に、回転軸Ｒ２を放物筒鏡４の対称面に
垂直な方向、すなわちＹ軸に平行な任意の軸に、また平
行移動軸Ｐを対称面に平行かつｚ′軸に垂直な方向、す
なわちｘ軸に一致させる。

【００２９】図６に示すように構成されたビーム照射装
置では、ビーム駆動用鏡面５は回転機構により２本の回
転軸Ｒ１、Ｒ２回りの回転が可能となる。ビーム駆動用
鏡面５の鏡軸、すなわちｚ′軸に選んだ回転軸Ｒ１によ
り、上記反射電磁波の集束する点は、概ねｘｙ面に平行
な円弧を描く。また、放物筒鏡４の対称面に垂直な方
向、すなわちＹ軸に平行な任意の軸に選んだ回転軸Ｒ２
により、上記反射電磁波の集束する点は、概ねｚｘ面に
平行な円弧を描く。回転軸Ｒ２回りの回転においては、
ビーム駆動用鏡面５を回転軸Ｒ２回りに回転しない場合
には電磁波は焦点Ｆに収差無しで集束するが、回転軸Ｒ
２回りに回転させると、ビーム駆動用鏡面５を形成する
回転放物面の鏡軸と、１次放射器２から放射される平面
波の進行方向とが一致せず、このため収差を生ずる。し
かしこの場合でも、回転軸Ｒ２回りの回転角が比較的小
さい場合には、ビーム駆動用鏡面５での反射電磁波は、
概ね点Ｆの位置に集束する。さらに、収差を伴う概ね集
束された電磁波によっても、本発明は効果を奏すること
は言うまでもない。さらに、平行移動軸Ｐ、すなわちｘ
軸に沿った平行移動では、焦点Ｆの軌跡はｘ軸に沿った
直線となる。このｘ軸に沿った平行移動により、回転軸
Ｒ２回りの回転による焦点Ｆの軌跡を、ｘｙ面内の円弧
から任意の曲線に変えることができる。図６では、焦点
Ｆの軌跡７をｙ′軸を回転軸とする円筒面として表して
いるが、上述の理由で、軌跡７を任意の曲面とすること
が可能となる。

【００３０】また、上記実施の形態３で示したように、
図６に示すように構成されたビーム照射装置では、焦点
Ｆの軌跡７の曲面を任意に選べると共に、被照射体１０
０に対する電力密度を容易に変化させることができる。

【００３１】発明の実施の形態５.図７はこの発明の一
実施の形態である、ビーム照射装置の構成を示すもの
で、後述の円形導波管の管軸を基準に、ビーム照射装置
を上記管軸を含む対称面内で表した図、及び１次放射器
を上記管軸に垂直な面内で表した図である。図におい
て、１は円形導波管、３は集束反射鏡、２は円形導波管
１及び集束反射鏡３からなる１次放射器、５はビーム駆
動用鏡面、Ｆはビーム駆動用鏡面５の焦点である。円形
導波管１は、ＴＥ0n（ nは１以上の整数）モードを伝搬
する円形導波管である。集束反射鏡３は、円形導波管１
から放射される電磁波を幾何光学的に一点Ｆ′に集束す
るための鏡面である。ビーム駆動用鏡面５は、１次放射
器２から放射される点Ｆ′を位相中心とする球面波を焦
点Ｆに集束する平面である。ｎは平面の法線ベクトルで
ある。

【００３２】また、図７に示すように、１次放射器２、
ビーム駆動用鏡面５、及びビーム駆動用鏡面５を動かさ
ない状態、すなわち初期状態における焦点Ｆにそれぞれ
固定した座標系Ｇ−ＸＹＺ、Ｍ−ｘ′ｙ′ｚ′、Ｆ−ｘ
ｙｚを考える。ここで、Ｚは円形導波管１の内向きの管
軸方向、Ｘ、ｘは集束反射鏡３の対称面に平行な方向、
Ｙ、ｙは集束反射鏡３の対称面に垂直な方向、ｚ′、ｚ
は前記対称面上で、かつ１次放射器２から放射される、
点Ｆ′を位相中心とする球面波の中心レイの方向、Ｇは
円形導波管１の開口中心、Ｍはビーム駆動用鏡面５の中
心にそれぞれ選ばれる。

【００３３】図８はこの発明の一実施の形態である、ビ
ーム照射装置の動作状態を表す斜視図で、ビーム照射装
置の構成は図７に示すものと同一である。１、２、３、
５、Ｆ、ｎ、及び座標系は、図７に示すものと同一であ
る。Ｒは回転軸、Ｐは平行移動軸、７は焦点Ｆの軌跡を
表す面である。回転軸Ｒは、ビーム駆動用鏡面５の回転
軸であり、図では省略しているが、ビーム照射装置に設
けられた回転機構により、ビーム駆動用鏡面５は回転軸
Ｒのまわりに回転される。平行移動軸Ｐは、ビーム駆動
用鏡面５の平行移動の方向を表し、図では省略している
が、ビーム照射装置に設けられた平行移動機構により、
ビーム駆動用鏡面５は平行移動軸Ｐの方向に平行移動さ
れる。焦点の軌跡を表す面７は、ビーム駆動用鏡面５を
動かすことによりビーム駆動用鏡面５の焦点Ｆの移動す
る面を表したものである。回転軸Ｒは、平面であるビー
ム駆動用鏡面５の法線ｎ以外の任意の方向に、平行移動
軸Ｐは、ビーム駆動用鏡面５の接線以外の方向にそれぞ
れ選ばれる。図８に示した例では、例えば回転軸Ｒを、
対称面とビーム駆動用鏡面５の交線に、平行移動軸Ｐ
を、球面波の中心レイの方向ｚ′にそれぞれ選ぶ。

【００３４】図８に示すように構成されたビーム照射装
置では、ビーム駆動用鏡面５は回転機構、及び平行移動
機構により、回転軸Ｒ回りの回転、及び平行移動軸Ｐに
沿っての平行移動が可能となる。この２方向の自由度の
ため、ビーム駆動用鏡面５により反射された電磁波の焦
点Ｆは、点Ｆ′の回転軸Ｒ、平行移動軸Ｐにより決まる
面に対する鏡像の軌跡が作る面７上を移動する。この面
上では、１次放射器２から放射された電磁波は、焦点Ｆ
に収差無しに集束する。したがって、１次放射器２を動
かすことなしに、ビームを駆動することができる。

【００３５】発明の実施の形態６.図９はこの発明の一
実施の形態である、ビーム照射装置の動作状態を表す斜
視図で、ビーム照射装置の構成は図７に示すものと同一
である。１、２、３、５、７、Ｆ、ｎ、及び座標系は図
８に示すものと同一である。ビーム駆動用鏡面５に２本
与えられた回転軸Ｒ１、Ｒ２は、ビーム駆動用鏡面５の
回転軸であり、図では省略しているが、ビーム照射装置
に設けられた２軸の回転機構により、ビーム駆動用鏡面
５は回転軸Ｒのまわりに回転される。焦点の軌跡を表す
面７は、ビーム駆動用鏡面５を動かすことによりビーム
駆動用鏡面５の焦点Ｆの移動する面を表したものであ
る。回転軸Ｒ１は、平面であるビーム駆動用鏡面５の法
線ｎ以外の任意の方向に、回転軸Ｒ２は、ビーム駆動用
鏡面５に平行、かつ前記回転軸Ｒ１に垂直な方向にそれ
ぞれ選ばれる。図９に示した例では、例えば回転軸Ｒ１
を対称面とビーム駆動用鏡面５の交線に、回転軸Ｒ２を
対称面に垂直な方向、すなわちｙ′軸にそれぞれ選ぶ。

【００３６】図９に示すように構成されたビーム照射装
置では、ビーム駆動用鏡面５は回転機構により、回転軸
Ｒ１、Ｒ２回りの２軸の回転が可能となる。この２方向
の自由度のため、ビーム駆動用鏡面５により反射された
電磁波の焦点Ｆは、点Ｆ′の回転軸Ｒ１、Ｒ２により決
まる面に対する鏡像の軌跡が作る面７上を移動する。こ
の面上では、１次放射器２から放射された電磁波は、焦
点Ｆに収差無しに集束する。したがって、１次放射器２
を動かすことなしに、ビームを駆動することができる。

【００３７】発明の実施の形態７.図１０はこの発明の
一実施の形態である、ビーム照射装置の動作状態を表す
斜視図で、ビーム照射装置の構成は、図７に示すものと
同一である。１、２、３、５、７、Ｆ、ｎ、及び座標系
は、図９に示すものと同一である。ビーム駆動用鏡面５
に２本与えられた回転軸Ｒ１、Ｒ２は、ビーム駆動用鏡
面５の回転軸であり、図では省略しているが、ビーム照
射装置に設けられた回転機構により、ビーム駆動用鏡面
５は回転軸Ｒ１、Ｒ２のまわりに回転される。ビーム駆
動用鏡面５に与えられた平行移動軸Ｐは、ビーム駆動用
鏡面５の平行移動の方向を表し、図では省略している
が、ビーム照射装置に設けられた平行移動機構により、
ビーム駆動用鏡面５は平行移動軸Ｐの方向に平行移動さ
れる。焦点の軌跡を表す面７は、ビーム駆動用鏡面５を
動かすことによりビーム駆動用鏡面５の焦点Ｆの移動す
る面を表したものである。回転軸Ｒ１は、平面であるビ
ーム駆動用鏡面５の法線ｎ以外の任意の方向に、回転軸
Ｒ２は、ビーム駆動用鏡面５に平行、かつ前記回転軸Ｒ
１に垂直な方向に、平行移動軸Ｐは、ビーム駆動用鏡面
５に平行でない方向にそれぞれ選ばれる。図１０に示し
た例では、例えば回転軸Ｒ１を対称面とビーム駆動用鏡
面５の交線に、回転軸Ｒ２を対称面に垂直な方向、すな
わちｙ′軸に、平行移動軸Ｐを、球面波の中心レイの方
向ｚ′にそれぞれ選ぶ。

【００３８】図１０のように構成されたビーム照射装置
では、ビーム駆動用鏡面５は回転機構、及び平行移動機
構により、回転軸Ｒ１、Ｒ２回りの回転、及び平行移動
軸Ｐに沿っての平行移動が可能となる。この３方向の自
由度のため、ビーム駆動用鏡面５を動かすことで、ビー
ム駆動用鏡面５により反射された電磁波の焦点Ｆは、点
Ｆ′の平行移動軸Ｐに沿って移動する回転軸Ｒ１、Ｒ２
により決まる面に対する鏡像の軌跡が作る面７上を移動
する。すなわち、被照射体１００の位置に応じてほぼ任
意の位置に移動することができる。この場合、１次放射
器２から放射された電磁波は、焦点Ｆに収差無しに集束
する。したがって、従って、１次放射器２を動かすこと
なしに、ビームを駆動することができる。

【００３９】発明の実施の形態８．図１１は、この発明
の一実施の形態である、ビーム照射装置の動作状態を表
す斜視図で、ビーム照射装置の構成は、図７に示すもの
と同一である。１、２、３、Ｆ、及び座標系は、図８、
９、あるいは１０に示すものと同一である。５は、１次
放射器２から放射される点Ｆ′を位相中心とする球面波
を焦点Ｆに集束する回転双曲面、もしくは回転楕円面で
あるビーム駆動用鏡面である。

【００４０】図１１のように構成されたビーム照射装置
では、先の実施の形態２または４に示した理由で、ビー
ム照射装置にに設けられた回転機構、もしくは平行移動
機構により、ビーム駆動用鏡面５での反射電磁波は、収
差を伴うものの概ね１点Ｆに集束するものとみなせる。
したがって、１次放射器２を動かすことなしに、ビーム
を駆動することができる。

【００４１】また、ビーム駆動用鏡面５を表す回転双曲
面、もしくは回転楕円面の形状を適切に選ぶことによ
り、反射鏡等の機器の設置、及び電磁波を集束させる位
置に関する自由度を増すことができる。

【００４２】発明の実施の形態９．図１２は、この発明
の一実施の形態である、ビーム照射装置の構成要素であ
る１次放射器の形状を示す図で、３、４は、図１もしく
は図７に示すものと同一である。１は、ＴＥ0n（ nは１
以上の整数）モードを伝搬する円形導波管であり、円形
導波管１の開口を、放物筒鏡３、または集束反射鏡４の
対称面に垂直かつ円形導波管の管軸Ｚを含む面、及び管
軸に垂直な面で、放物筒鏡３、または集束反射鏡４に面
する部分を切り欠いたものである。

【００４３】図１２のように構成された１次放射器を用
いたビーム照射装置では、管軸Ｚとのなす角度が、前記
実施の形態１で示した式（１）〜式（３）で示される角
度αである方向に放射される電磁波を、円形導波管の管
壁のうち、切り欠かずに残したひさし状の部分で反射さ
せるため、円形導波管から放射される電磁波は、そのほ
とんどがーＸの側に放射され、放物筒鏡３、または集束
反射鏡４に効率よく電磁波を照射することができる。ま
た、このことにより、放物筒鏡３、または集束反射鏡４
を小型化できる。

【００４４】発明の実施の形態１０．図１３は、この発
明の一実施の形態である、ビーム照射装置の構成要素で
ある１次放射器の形状を示す図で、３、４は、図１もし
くは図７に示すものと同一である。１は、ＴＥ0n（ nは
１以上の整数）モードを伝搬する円形導波管であり、円
形導波管１の開口を、放物筒鏡３、または集束反射鏡４
の対称面に垂直かつ円形導波管１の管軸Ｚに対し斜めな
面で、放物筒鏡３、または集束反射鏡４に面する部分を
切り欠いたものである。

【００４５】図１３のように構成された１次放射器を用
いたビーム照射装置では、管軸Ｚとのなす角度が、前記
実施の形態１で示した式（１）〜式（３）で示される角
度αである方向に放射される電磁波を、円形導波管の管
壁のうち、切り欠かずに残したひさし状の部分で反射さ
せるため、円形導波管から放射される電磁波は、そのほ
とんどがーＸの側に放射され、放物筒鏡３、または集束
反射鏡４に効率よく電磁波を照射することができる。ま
た、このことにより、放物筒鏡３、または集束反射鏡４
を小型化できる。

【００４６】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４７】請求項１の発明によれば、回転放物面鏡を
駆動することにより、平面波を集束させる位置を円筒面
上で走査でき、簡単な構成で小形のビーム照射装置を得
られる効果がある。

【００４８】請求項２の発明によれば、回転放物面鏡を
駆動することにより、平面波を集束させる位置を球面上
で走査でき、簡単な構成で小形のビーム照射装置を得ら
れる効果がある。

【００４９】請求項３又は請求項４の発明によれば、回
転放物面鏡を駆動することにより、平面波を集束させる
位置を任意曲面上で走査でき、ビームのスポットサイズ
が可変容易で、被照射体に対する電力密度可変な小形の
ビーム照射装置を得られる効果がある。

【００５０】請求項５及び請求項６の発明によれば、平
面鏡を駆動することにより、ビームを集束させる位置を
走査でき、簡単な構成で小形のビーム照射装置を得られ
る効果がある。

【００５１】請求項７の発明によれば、平面鏡を駆動す
ることにより、低収差でビームを集束させる位置を任意
の曲面上で走査でき、簡単な構成で小形のビーム照射装
置を得られる効果がある。

【００５２】請求項８の発明によれば、平面鏡に代えて
回転双曲面鏡又は回転楕円面鏡を用いたので、ビーム照
射装置における機器の設置、及びビーム照射位置等の自
由度を増すことができる効果がある。

【００５３】請求項９又は請求項１０の発明によれば、
円形導波管の開口から放射された電磁波を放物筒鏡又は
集束反射鏡に効率よく照射することができ、簡単な構成
で高効率な小形のビーム照射装置を得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１のビーム照射装置の
構成を示す断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１のビーム照射装置の
構成を示す斜視図である。

【図３】 この発明の実施の形態２のビーム照射装置の
構成を示す斜視図である。

【図４】 この発明の実施の形態３のビーム照射装置の
構成を示す斜視図である。

【図５】 この発明の実施の形態３に係る、電磁波の集
束状態と被照射体の位置とを示す説明図である。

【図６】 この発明の実施の形態４のビーム照射装置の
構成を示す斜視図である。

【図７】 この発明の実施の形態５のビーム照射装置の
構成を示す断面図である。

【図８】 この発明の実施の形態５のビーム照射装置の
構成を示す斜視図である。

【図９】 この発明の実施の形態６のビーム照射装置の
構成を示す斜視図である。

【図１０】 この発明の実施の形態７のビーム照射装置
の構成を示す斜視図である。

【図１１】 この発明の実施の形態８のビーム照射装置
の構成を示す斜視図である。

【図１２】 この発明の実施の形態９のビーム照射装置
の１次放射器の構成を示す説明図である。

【図１３】 この発明の実施の形態１０のビーム照射装
置の１次放射器の構成を示す説明図である。

【図１４】 従来のこの種のコンクリート破砕装置を示
す構成図である。

【図１５】 従来のこの種のコンクリート表層部の剥離
除去装置のを示す構成図である。

【符号の説明】

１ 円形導波管、１ａ 導波管、２ １次放射器、３
集束反射鏡、４ 放物筒鏡、５ ビーム駆動用鏡面、７
焦点の軌跡を表す面、１０ ビーム、５０ 発振器、
５１ 移動装置、５２ 上下動機構、１００ 被照射
体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦崎 修治 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 塚本 忠則 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端部を開放した、ＴＥ0n（ nは１以上の
   整数）モードを伝搬する円形導波管、上記円形導波管の
   管軸を焦線とし、上記円形導波管から放射された電磁波
   を反射させて平面波を放射する放物筒鏡を備えた放射部
   と、上記放物筒鏡の対称面内で、上記放物筒鏡の焦線と
   のなす角αが、 α＝ａｒｃｓｉｎ（ｋcn／ｋ） ｋcn＝χ0n′／ａ ｋ＝２π／λ0 ここで、χ0n′はＪ0 ′（χ）＝０の０でない第ｎ根 Ｊ0 ′（χ）はＢｅｓｓｅｌ関数のχに関する１階微分 ａは円形導波管内半径 λ0は自由空間波長 である上記平面波の放射軸を鏡軸とし、上記平面波を反
   射集束させる回転放物面からなる回転放物面鏡と、上記
   回転放物面鏡をその鏡軸の回りに回転させる第１の回転
   手段と、上記回転放物面鏡をその鏡軸に沿って平行移動
   させる第１の移動手段とを備え、上記第１の回転手段と
   第１の移動手段により上記回転放物面鏡を駆動して電磁
   波の照射位置を移動させることを特徴とするビーム照射
   装置。
2. 【請求項２】 端部を開放した、ＴＥ0n（ nは１以上の
   整数）モードを伝搬する円形導波管、上記円形導波管の
   管軸を焦線とし、上記円形導波管から放射された電磁波
   を反射させて平面波を放射する放物筒鏡を備えた放射部
   と、上記放物筒鏡の対称面内で、上記放物筒鏡の焦線と
   のなす角αが、 α＝ａｒｃｓｉｎ（ｋcn／ｋ） ｋcn＝χ0n′／ａ ｋ＝２π／λ0 ここで、χ0n′はＪ0 ′（χ）＝０の０でない第ｎ根 Ｊ0 ′（χ）はＢｅｓｓｅｌ関数のχに関する１階微分 ａは円形導波管内半径 λ0は自由空間波長 である上記平面波の放射軸を鏡軸とし、上記平面波を反
   射集束させる回転放物面からなる回転放物面鏡と、上記
   回転放物面鏡をその鏡軸の回りに回転させる第１の回転
   手段と、上記回転放物面鏡を上記放物筒鏡の対称面に垂
   直な方向を軸として回転させる第２の回転手段とを備
   え、上記第１の回転手段と第２の回転手段により上記回
   転放物面鏡を駆動して電磁波の照射位置を移動させるこ
   とを特徴とするビーム照射装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のビーム照射装置におい
   て、上記回転放物面鏡を上記放物筒鏡の対称面内の上記
   回転放物面鏡の鏡軸に垂直な軸に沿って平行移動させる
   第２の移動手段を備え、上記第１の回転手段と第１の移
   動手段と第２の移動手段により上記回転放物面鏡を駆動
   して電磁波の照射位置を移動させることを特徴とするビ
   ーム照射装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載のビーム照射装置におい
   て、上記回転放物面鏡を上記放物筒鏡の対称面内の上記
   回転放物面鏡の鏡軸に垂直な軸に沿って平行移動させる
   第２の移動手段を備え、上記第１の回転手段と第２の回
   転手段と第２の移動手段により上記回転放物面鏡を駆動
   して電磁波の照射位置を移動させることを特徴とするビ
   ーム照射装置。
5. 【請求項５】 端部を開放した、ＴＥ0n（ nは１以上の
   整数）モードを伝搬する円形導波管、上記円形導波管か
   ら放射された電磁波を反射集束させて球面波を放射する
   集束反射鏡を備えた放射部と、上記球面波を反射させる
   平面鏡と、上記平面鏡をその法線以外の軸の回りに回転
   させる第１の回転手段と、上記平面鏡をその面内以外に
   平行移動させる第１の移動手段とを備え、上記第１の回
   転手段と第１の移動手段により上記平面鏡を駆動して電
   磁波の照射位置を移動させることを特徴とするビーム照
   射装置。
6. 【請求項６】 端部を開放した、ＴＥ0n（ nは１以上の
   整数）モードを伝搬する円形導波管、上記円形導波管か
   ら放射された電磁波を反射集束させて球面波を放射する
   集束反射鏡を備えた放射部と、上記球面波を反射させる
   平面鏡と、上記平面鏡をその法線以外の軸の回りに回転
   させる第１の回転手段と、上記平面鏡をその面に平行な
   面内の上記軸に垂直な軸の回りに回転させる第２の回転
   手段とを備え、上記第１の回転手段と第２の回転手段に
   より上記平面鏡を駆動して電磁波の照射位置を移動させ
   ることを特徴とするビーム照射装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のビーム照射装置におい
   て、上記平面鏡をその面内以外に平行移動させる第１の
   移動手段を備え、上記第１の回転手段と第２の回転手段
   と第１の移動手段により上記平面鏡を駆動して電磁波の
   照射位置を移動させることを特徴とするビーム照射装
   置。
8. 【請求項８】 請求項５〜７のいずれか１項に記載のビ
   ーム照射装置において、平面鏡に代えて回転双曲面鏡又
   は回転楕円面鏡を備えたビーム照射装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項に記載のビ
   ーム照射装置において、円形導波管の開口付近の放物筒
   鏡又は集束反射鏡に対面する部分を、放物筒鏡又は集束
   反射鏡の対称面に垂直かつ上記円形導波管の管軸を含む
   面及び上記円形導波管の管軸に垂直な面により切り欠い
   たことを特徴とするビーム照射装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜８のいずれか１項に記載の
    ビーム照射装置において、円形導波管の開口付近の放物
    筒鏡又は集束反射鏡に対面する部分を、放物筒鏡又は集
    束反射鏡の対称面に垂直かつ上記円形導波管の管軸に斜
    交する面により切り欠いたことを特徴とするビーム照射
    装置。