(57)【要約】【課題】反射光の低減を図ることができる窓部材を提供する。【解決手段】  窓部材としての保護部材２１２は、光が入射するＡ面と、該Ａ面に入射した光が射出されるＢ面とを有する板状部材２１２ａと、該板状部材２１２ａのＡ面及びＢ面の少なくとも一方の面上に設けられた誘電体膜２１３とを備えている。そして、誘電体膜２１３は、微細凸構造体又は微細凹構造体を複数有する微細構造部２１３ｂを含んでいる。この場合は、保護部材２１２と燃焼室との界面における反射率の変化が緩やかとなり、反射光の低減を図ることができる。【選択図】図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の光路上に配置される窓部材であって、
前記光が入射するＡ面と、前記Ａ面に入射した光が射出されるＢ面とを有する板状部材と、
前記板状部材の前記Ａ面及び前記Ｂ面の少なくとも一方の面上に設けられる誘電体膜とを備え、
前記誘電体膜は、凸状又は凹状の微細構造体を複数有する微細構造部を含む窓部材。
【請求項２】
前記誘電体膜は、前記Ｂ面上に設けられ、
前記微細構造体は、前記光の進行方向に向かって、断面積が連続的あるいは階段状に小さくなることを特徴とする請求項１に記載の窓部材。
【請求項３】
前記誘電体膜は、前記Ａ面上に設けられ、
前記微細構造体は、前記光の進行方向に向かって、断面積が連続的あるいは階段状に大きくなることを特徴とする請求項１又は２に記載の窓部材。
【請求項４】
前記微細構造体は、錐形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の窓部材。
【請求項５】
前記微細構造体は、柱形状であることを特徴とする請求項１に記載の窓部材。
【請求項６】
前記微細構造体の直径は、前記光の波長の１／２以下であり、
前記微細構造部における複数の微細構造体の直径は、一様ではないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の窓部材。
【請求項７】
前記微細構造部における複数の微細構造体の間隔は、前記光の波長の１／２以下であり、且つ一様ではないことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の窓部材。
【請求項８】
前記微細構造部における複数の微細構造体は、前記光の有効ビーム径が含まれる領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の光学窓部材。
【請求項９】
前記微細構造部における複数の微細構造体は、前記光の通過領域が含まれる領域に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の窓部材。
【請求項１０】
前記誘電体膜は、単層の膜であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の窓部材。
【請求項１１】
前記誘電体膜は、多層の膜であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の窓部材。
【請求項１２】
前記板状部材は、サファイアガラスであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の窓部材。
【請求項１３】
前記誘電体膜は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｏｔ、Ａｕ、Ｂｉのいずれかを主成分とする材料、又は前記主成分のフッ化物、窒化物、酸化物、及び炭化物のいずれかを少なくとも１つ含む材料からなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の窓部材。
【請求項１４】
光源と、
前記光源から射出される光を集光する光学系と、
前記光源及び前記光学系が収容される筐体と、
前記光学系を介した光の光路上であって、前記筐体に設けられた請求項１〜１３のいずれか一項に記載の窓部材と、を備える点火装置。
【請求項１５】
燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する内燃機関において、
前記燃料に点火するための請求項１４に記載の点火装置を備えることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窓部材、点火装置及び内燃機関に係り、更に詳しくは、光の光路上に配置される窓部材、該窓部材を有する点火装置、及び該点火装置を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンなどの内燃機関における点火装置として、レーザ光を用いた点火装置が種々検討されている。
【０００３】
特許文献１には、レーザ光を発生するレーザ装置から出射されたレーザ光を、シリンダヘッドのレーザ光通路に設けられた集光用のレンズ及び入射用の透明窓を経て燃焼室に透過せしめ、燃焼室内にプラズマを発生させることにより、同燃料室内に噴射された燃料に着火するように構成されたレーザ着火式エンジンが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、燃焼室に面する点火プラグの構成部材の表面に、超親水性粒子と熱励起触媒粒子を含有する超親水膜を設けたレーザ点火装置が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、パルスレーザ集光光学素子を燃焼室から隔離して保護すべく燃焼室を臨む位置に、平行平板形状の保護用光学窓を設け、該保護用光学窓を構成する光学素子材料がサファイアであるレーザ点火装置が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、レーザユニットから発せられたレーザ光を燃焼室内に集光する光学系を有するレーザ点火装置であって、光学系を構成する光学素子に透光性スピネル焼結体の板を用いたことを特徴とするレーザ点火装置が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の窓部材では、反射光の低減に関して改良の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光の光路上に配置される窓部材であって、前記光が入射するＡ面と、前記Ａ面に入射した光が射出されるＢ面とを有する板状部材と、前記板状部材の前記Ａ面及び前記Ｂの面の少なくとも一方の面上に設けられた誘電体膜とを備え、前記誘電体膜は、凸状又は凹状の微細構造体を複数有する微細構造部を含む窓部材である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の窓部材によれば、反射光の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの概略を説明するための図である。
【図２】点火装置を説明するための図である。
【図３】レーザ共振器を説明するための図である。
【図４】点火装置の筐体を説明するための図である。
【図５】保護部材の実施例を説明するための図である。
【図６】図６（Ａ）は、単層のＡＲ膜がコーティングされた板状部材を説明するための図であり、図６（Ｂ）は、２層のＡＲ膜がコーティングされた板状部材を説明するための図である。
【図７】２層のＡＲ膜に生じる熱応力を説明するための図である。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ、反射率に及ぼす構造幅の影響を求めるための計算モデルを説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ、構造幅の変化を説明するための図である。
【図１０】反射率に及ぼす構造幅の影響に関する計算結果を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）は、それぞれ、反射率に及ぼす構造高さの影響を求めるための計算モデルを説明するための図である。
【図１２】図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、それぞれ、構造高さの変化を説明するための図である。
【図１３】反射率に及ぼす構造高さの影響に関する計算結果を説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ、反射率に対するＳｉ３Ｎ４層の挿入効果を求めるための計算モデルを説明するための図である。
【図１５】図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ、挿入されるＳｉ３Ｎ４層の厚さの変化を説明するための図である。
【図１６】図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、それぞれ、反射率に及ぼすＳｉ３Ｎ４層の挿入効果に関する計算結果を説明するための図である。
【図１７】誘電体膜の実施例を説明するための図である。
【図１８】図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）は、それぞれ、誘電体膜の形成手順を説明するための図である。
【図１９】微細構造部の具体例１を説明するための図である。
【図２０】微細構造部の具体例２を説明するための図である。
【図２１】微細構造部の具体例３を説明するための図である。
【図２２】比較例の保護部材（板状部材のみ）における光の反射を説明するための図である。
【図２３】実施例の保護部材における光の反射を説明するための図である。
【図２４】図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）は、それぞれ、実施例の保護部材における反射光の低減効果を説明するための図である。
【図２５】図２５（Ａ）は、比較例の保護部材（板状部材のみ）における汚れの付着を説明するための模式図であり、図２５（Ｂ）は、実施例の保護部材における汚れの付着抑制を説明するための模式図である。
【図２６】微細構造部の変形例１を説明するための図である。
【図２７】微細構造部の変形例２を説明するための図である。
【図２８】ガウス分布を説明するための図である。
【図２９】微細構造部領域の例１を説明するための図である。
【図３０】微細構造部領域の例２を説明するための図である。
【図３１】微細構造部領域の例３を説明するための図である。
【図３２】有効ビーム径を説明するための図である。
【図３３】微細構造部領域の例４を説明するための図である。
【図３４】微細構造部領域の例５を説明するための図である。
【図３５】図３５（Ａ）及び図３５（Ｂ）は、それぞれ、微細凸構造体の凸方向の長さと屈折率変化の傾きとの関係を説明するための図である。
【図３６】第２集光光学系を説明するための図である。
【図３７】保護部材の変形例１を説明するための図である。
【図３８】図３８（Ａ）及び図３８（Ｂ）は、それぞれ、変形例１の保護部材における誘電体膜の形成手順を説明するための図である。
【図３９】保護部材の変形例２を説明するための図である。
【図４０】保護部材の変形例３を説明するための図である。
【図４１】保護部材の変形例４を説明するための図である。
【図４２】保護部材の変形例５を説明するための図である。
【図４３】保護部材の変形例６を説明するための図である。
【図４４】微細構造体が柱形状の場合を説明するための図である。
【図４５】平坦部が設けられていない場合を説明するための図である。
【図４６】誘電体膜が多層膜である場合を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
「概要」
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１には、一実施形態に係る内燃機関としてのエンジン３００の主要部が模式図的に示されている。
【００１２】
このエンジン３００は、点火装置３０１、燃料噴出機構３０２、排気機構３０３、燃焼室３０４、及びピストン３０５などを備えている。
【００１３】
エンジン３００の動作について簡単に説明する。
（１）燃料噴出機構３０２が、燃料と空気の可燃性混合気を燃焼室３０４内に噴出させる（吸気）。
（２）ピストン３０５が上昇し、可燃性混合気を圧縮する（圧縮）。
（３）点火装置３０１が、燃焼室３０４内にレーザ光を射出する。これにより、燃料に点火される（着火）。
（４）燃焼ガスが発生し、ピストン３０５が降下する（燃焼）。
（５）排気機構３０３が、燃焼ガスを燃焼室３０４外へ排気する（排気）。
【００１４】
このように、吸気、圧縮、着火、燃焼、排気からなる一連の過程が繰り返される。そして、燃焼室３０４内の気体の体積変化に対応してピストン３０５が運動し、運動エネルギーを生じさせる。燃料には例えば天然ガスやガソリン等が用いられる。
【００１５】
なお、エンジン３００は、該エンジン３００の外部に設けられ、該エンジン３００と電気的に接続されているエンジン制御装置の指示に基づいて、上記動作を行う。
【００１６】
点火装置３０１は、一例として図２に示されるように、レーザ装置２００、射出光学系２１０、及び保護部材２１２などを有している。
【００１７】
射出光学系２１０は、レーザ装置２００から射出される光を集光する。これにより、集光点で高いエネルギー密度を得ることができる。
【００１８】
保護部材２１２は、燃焼室３０４に臨んで設けられた透明の窓である。ここでは、一例として、保護部材２１２の材料としてサファイアガラスが用いられている。
【００１９】
レーザ装置２００は、面発光レーザアレイ２０１、第１集光光学系２０３、光ファイバ２０４、第２集光光学系２０５、及びレーザ共振器２０６を備えている。なお、本明細書では、ＸＹＺ３次元直交座標系を用い、面発光レーザアレイ２０１からの光の射出方向を＋Ｚ方向として説明する。
【００２０】
面発光レーザアレイ２０１は、励起用光源であり、複数の発光部を有している。各発光部は、垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）である。面発光レーザアレイ２０１から射出される光の波長は８０８ｎｍである。
【００２１】
面発光レーザアレイは、射出される光の、温度による波長ずれが非常に少ないため、励起波長のずれによって特性が大きく変化するＱスイッチレーザを励起するのに有利な光源である。そこで、面発光レーザアレイを励起用光源に用いると、環境の温度制御を簡易なものにできるという利点がある。
【００２２】
第１集光光学系２０３は、面発光レーザアレイ２０１から射出される光を集光する。
【００２３】
光ファイバ２０４は、第１集光光学系２０３によって光が集光される位置にコアの−Ｚ側端面の中心が位置するように配置されている。ここでは、光ファイバ２０４として、コア径が１．５ｍｍ、ＮＡが０．３９の光ファイバが用いられている。
【００２４】
光ファイバ２０４を設けることによって、面発光レーザアレイ２０１をレーザ共振器２０６から離れた位置に置くことができる。これにより配置設計の自由度を増大させることができる。また、レーザ装置２００を点火装置に用いる際に、熱源から面発光レーザアレイ２０１を遠ざけることができるため、エンジン３００を冷却する方法の幅を広げることが可能である。
【００２５】
光ファイバ２０４に入射した光はコア内を伝播し、コアの＋Ｚ側端面から射出される。
【００２６】
第２集光光学系２０５は、光ファイバ２０４から射出された光の光路上に配置され、該光を集光する。第２集光光学系２０５で集光された光は、レーザ共振器２０６に入射する。
【００２７】
レーザ共振器２０６は、Ｑスイッチレーザであり、一例として図３に示されるように、レーザ媒質２０６ａ、及び可飽和吸収体２０６ｂを有している。
【００２８】
レーザ媒質２０６ａは、直方体形状のＮｄ：ＹＡＧ結晶であり、Ｎｄが１．１％ドープされている。可飽和吸収体２０６ｂは、直方体形状のＣｒ：ＹＡＧ結晶であり、初期透過率が０．１５（１５％）〜０．７０（７０％）の間で適宜調整されるものである。
【００２９】
なお、ここでは、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶とＣｒ：ＹＡＧ結晶は接合されており、いわゆるコンポジット結晶となっている。また、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶及びＣｒ：ＹＡＧ結晶は、いずれもセラミックスである。
【００３０】
第２集光光学系２０５からの光は、レーザ媒質２０６ａに入射される。すなわち、第２集光光学系２０５からの光によってレーザ媒質２０６ａが励起される。なお、面発光レーザアレイ２０１から射出される光の波長は、ＹＡＧ結晶において最も吸収効率の高い波長である。そして、可飽和吸収体２０６ｂは、Ｑスイッチの動作を行う。
【００３１】
レーザ媒質２０６ａの入射側（−Ｚ側）の面、及び可飽和吸収体２０６ｂの射出側（＋Ｚ側）の面は光学研磨処理がなされ、ミラーの役割を果たしている。なお、以下では、便宜上、レーザ媒質２０６ａの入射側の面を「第１の面」ともいい、可飽和吸収体２０６ｂの射出側の面を「第２の面」ともいう（図３参照）。
【００３２】
そして、第１の面及び第２の面には、面発光レーザアレイ２０１から射出される光の波長、及びレーザ共振器２０６から射出される光の波長に応じた誘電体膜がコーティングされている。
【００３３】
具体的には、第１の面には、波長が８０８ｎｍの光に対して高い透過率を示し、波長が１０６４ｎｍの光に対して高い反射率を示すコーティングがなされている。また、第２の面には、波長が１０６４ｎｍの光に対して約５０％の反射率を示すコーティングがなされている。
【００３４】
これにより、レーザ共振器２０６内で光が共振し増幅される。
【００３５】
図２に戻り、駆動装置２２０は、エンジン制御装置２２２の指示に基づいて、面発光レーザアレイ２０１を駆動する。すなわち、駆動装置２２０は、エンジン３００の動作における着火のタイミングで点火装置３０１から光が射出されるように、面発光レーザアレイ２０１を駆動する。なお、面発光レーザアレイ２０１における複数の発光部は、同時に点灯及び消灯される。
【００３６】
上記実施形態において、面発光レーザアレイ２０１をレーザ共振器２０６から離れた位置に置く必要がない場合は、光ファイバ２０４が設けられなくても良い。
【００３７】
また、ここでは、内燃機関として燃焼ガスによってピストンを運動させるエンジン（ピストンエンジン）の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ロータリーエンジンや、ガスタービンエンジンや、ジェットエンジンであっても良い。要するに、燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成するものであれば良い。
【００３８】
また、排熱を利用して、動力や温熱や冷熱を取り出し、総合的にエネルギー効率を高めるシステムであるコジェネレーションに、点火装置３０１を用いても良い。
【００３９】
また、ここでは、点火装置３０１が内燃機関に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【００４０】
また、ここでは、レーザ装置２００が点火装置に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、レーザ加工機、レーザピーニング装置、テラヘルツ発生装置などに用いることができる。
【００４１】
「詳細」
現在、内燃機関における燃焼室内に導入された可燃性混合気の点火は主に点火プラグ、すなわち放電方式による火花点火により行われている。しかしながら、火花点火では、点火プラグの構成上、燃焼室内に電極が露出することとなるため、電極の消耗が不可避であった。
【００４２】
それに対して、レーザ光を集光させることにより点火を行うレーザ点火では、電極が不要であり、内燃機関の燃焼室内に電極が露出されることはない。従って、電極の消耗を考慮する必要がなく、点火装置の長寿命化が期待できる。
【００４３】
点火装置３０１は、一例として図４に示されるように、レーザ装置２００及び射出光学系２１０が収容される筐体２１４を有している。この筐体２１４は、燃焼室内の高温、高圧、及び燃料や煤等による汚染からレーザ装置２００及び射出光学系２１０を保護している。
【００４４】
そして、筐体２１４における、レーザ装置２００から射出され射出光学系２１０で集光されたレーザ光の進路を妨げない位置に窓部材としての保護部材２１２が設けられている。すなわち、保護部材２１２は、射出光学系２１０を介したレーザ光の光路上であって、筐体２１４に設けられている。
【００４５】
保護部材２１２は、一例として図５に示されるように、射出光学系２１０からの光が入射される板状部材２１２ａ、及び板状部材２１２ａの燃焼室３０４側（ここでは、＋Ｚ側）の面上に設けられた誘電体層２１３を有している。
【００４６】
なお、以下では、便宜上、板状部材２１２ａにおける射出光学系２１０側（ここでは、−Ｚ側）の面を「Ａ面」ともいい、燃焼室３０４側（ここでは、＋Ｚ側）の面を「Ｂ面」ともいう。
【００４７】
一般的に、エンジンでは、ピストンの摩擦低減等のため、エンジンオイルが用いられており、燃焼室内に霧状となったオイルミストが浮遊することになる。このため、仮に、保護部材が板状部材のみであれば、該板状部材の−Ｚ側の面にオイルミストが付着する。そして、その灰分や煤等が堆積して、デポジットを形成すると、点火装置から射出されるレーザ光の光量が低下し、着火安定性が損なわれるおそれがある。
【００４８】
板状部材の材質としては、光学ガラス、耐熱ガラス、石英ガラス、サファイアガラス等が一般的に使われている。特に、板状部材は、燃焼室内に発生する燃焼圧力から筐体内部の光学部材などを保護するため、十分な耐圧強度が必要となる。そこで、板状部材の厚みを厚くすることが考えられるが、板状部材の厚みが厚くなると、板状部材の射出端面で反射されたレーザ光が、板状部材の内部で集光しやすくなる。この板状部材の内部での集光を抑制するためには、射出光学系の焦点距離を長くする必要がある。
【００４９】
射出光学系は、その焦点距離を長くすると、レンズの開口数（ＮＡ）が小さくなる。そして、電場強度（集光強度）が低下し、着火性が低下する。そのため、板状部材の厚さは、できる限り薄いことが好ましい。そこで、板状部材の材質として、耐圧強度が大きいサファイアガラスを用いることが考えられる。
【００５０】
しかしながら、サファイアガラスの屈折率は１．７４であり、光学ガラス、耐熱ガラス、石英ガラス（屈折率＝１．４６）に比べて高いため、サファイアガラスで生じる反射光の量は、他のガラスの２倍となる。そのため、板状部材としてサファイアガラスを用いて厚さを薄くしても、板状部材の＋Ｚ側の面で反射されるレーザ光が、射出光学系や板状部材の内部で集光しやすくなる。
【００５１】
反射光の集光位置付近に板状部材や射出光学系があると、その部分に反射光のエネルギーが集中し、プラズマや衝撃波を発生して、板状部材や射出光学系にクラックが発生したり、射出光学系の表面に施されたＡＲコーティング膜が剥がれたりする等、光学部材の損傷を招くおそれがある。
【００５２】
また、板状部材の表面に汚れが付着すると、汚れの付着した部分が擬似的な鏡となり、レーザ装置からのレーザ光の一部又は全部が、該擬似的な鏡で反射されて点火装置内で焦点を結び、同様に、光学部材の損傷を招くおそれがある。
【００５３】
さらに、板状部材で反射されたレーザ光は、面発光レーザアレイと同軸上にある光学部材に戻り光として影響し、レーザ光の光強度を変動させるおそれがある。
【００５４】
これらの不都合を解決するため、板状部材に光学多層膜からなる光反射防止（ＡＲ：Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜をコーティングすることが考えられる。
【００５５】
ここでは、板状部材の＋Ｚ側の面への光反射防止膜のコーティングについて説明する。なお、以下では、便宜上、光反射防止膜を「ＡＲ膜」ともいう。
【００５６】
図６（Ａ）には、単層のＡＲ膜２１５がコーティングされた板状部材２１２ａが示され、図６（Ｂ）には、２層のＡＲ膜（２１５ａ、２１５ｂ）がコーティングされた板状部材２１２ａが示されている。ここで、板状部材２１２ａの屈折率をｎ２とする。また、ＡＲ膜２１５の屈折率をｎＡＲとし、膜厚をｄＡＲとする。また、ＡＲ膜２１５ａの屈折率をｎＡＲ１とし、膜厚をｄＡＲ１とする。また、ＡＲ膜２１５ｂの屈折率をｎＡＲ２とし、膜厚をｄＡＲ２とする。そして、ｎ０は空気の屈折率であり、ｎ０＝１である。
【００５７】
最も反射率が小さくなるように算出される単層のＡＲ膜２１５の屈折率ｎＡＲは、次の（１）式で表される。
ｎＡＲ＝√（ｎ０・ｎ２）  ……（１）
【００５８】
そして、そのときの単層のＡＲ膜２１５の膜厚ｄＡＲは、次の（２）式で表される。ここで、λはレーザ光の波長である。
ｄＡＲ＝λ／（４・ｎＡＲ）  ……（２）
【００５９】
板状部材２１２ａの材質がサファイアガラスであれば、屈折率ｎ２＝１．７４である。また、ここでは、λ＝１０６４ｎｍである。そこで、屈折率ｎＡＲは１．３２となり、膜厚ｄＡＲを２０１．５ｎｍにすることで、単層のＡＲ膜２１５によって反射防止機能を実現することができる。
【００６０】
屈折率が１．３２に近い材料として、屈折率が１．３８のＭｇＦ、屈折率が１．３４のＮａＡｌＦ６がある。しかしながら、これらの材料は、いずれも耐熱性が低く、燃焼室内の熱に耐えることは困難である。
【００６１】
一方、耐熱性のある材料としてＳｉＯ２などの酸化物シリコン系の材料がある。しかしながら、この材料は、屈折率が１．４６と高いため、この材料による単層の膜では良好な反射防止機能を実現するのは困難である。
【００６２】
次に、シリコン系の材料を用いた多層膜を考える。
【００６３】
図６（Ｂ）に示される２層構造のＡＲ膜の反射率Ｒは、次の（３）式で示される。
Ｒ＝［（ｎ０・（ｎＡＲ２）２−ｎ２・（ｎＡＲ１）２）／（ｎ０・（ｎＡＲ２）２＋ｎ２・（ｎＡＲ１）２）］２  ……（３）
【００６４】
ＡＲ膜２１５ａの膜厚ｄＡＲ１は次の（４）式で示され、ＡＲ膜２１５ｂの膜厚ｄＡＲ２は次の（５）式で示される。
ｄＡＲ１＝λ／（４・ｎＡＲ１）  ……（４）
ｄＡＲ２＝λ／（４・ｎＡＲ２）  ……（５）
【００６５】
上記（３）式から分かるように、反射率Ｒを小さくし、良好な反射防止機能を得るには、２つのＡＲ膜の屈折率差を大きくする必要がある。シリコン系の材料では、例えばＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４がある。そこで、例えば、ＡＲ膜２１５ａの材料をＳｉＯ２、ＡＲ膜２１５ｂの材料をＳｉ３Ｎ４とすると、ｎＡＲ１＝１．４６、ｎＡＲ２＝１．９９であるから、上記（３）式に当てはめると、反射率Ｒは約０．００１となり、高い反射防止機能を実現することができる。
【００６６】
しかし、ＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４の熱膨張係数はそれぞれ、０．５５×１０−６／℃、３．５×１０−６／℃であり、約６倍もの熱膨張率の差がある。燃焼室内の温度は非常に高温であり、ＡＲ膜２１５ａの熱膨張係数とＡＲ膜２１５ｂの熱膨張係数とが大きく異なると、各ＡＲ膜に熱応力がかかり、ＡＲ膜が破壊され、光学特性が大きく変化するおそれがある（図７参照）。
【００６７】
以上の理由から、ＡＲ膜のコーティングだけでは、高温に耐える反射防止機能を実現するのは困難である。
【００６８】
そこで、発明者らは、単層のＡＲ膜に、凸状の微細構造体、又は凹状の微細構造体を複数有する微細構造部を形成することを考案した。なお、以下では、便宜上、凸状の微細構造体を「微細凸構造体」ともいい、凹状の微細構造体を「微細凹構造体」ともいう。そして、それらを区別しないときは、単に「微細構造体」ともいう。
【００６９】
そして、一例として、サファイア基板の表面に、複数の微細凸構造体を有する微細構造部が形成されているＳｉ３Ｎ４膜を付与したときの反射率について数値計算を行った。ここでは、ｘｙｚ３次元直交座標系を用い、計算を単純化するため、サファイア基板の＋ｚ側に四角柱状のＳｉ３Ｎ４の微細凸構造体が付与されているモデルを用いている。なお、サファイア基板の−ｚ側の面での反射は無視している。
【００７０】
サファイア基板の−ｚ側の面に入射されるレーザ光の波長は１０６４ｎｍである。そして、波長が１０６４ｎｍのレーザ光に対するサファイア基板の＋ｚ側の面での反射率は約０．０７４である。
【００７１】
（ｉ）反射率に及ぼす構造幅の影響についての計算結果を説明する。
【００７２】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）には、サファイア基板２１６上の１つの微細凸構造体２１７が示されている。サファイア基板２１６上における２５０ｎｍ×２５０ｎｍの領域毎に１つの微細凸構造体２１７が付与されている。微細凸構造体２１７のｚ軸方向に関する長さは２５０ｎｍであり、ｘ軸方向に関する長さ及びｙ軸方向に関する長さをｗとする。この長さｗが上記「構造幅」である。
【００７３】
そして、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示されるように、構造幅ｗの値を変化させながら、反射率と波長との関係を求めた。その結果が図１０に示されている。ここで、各構造幅について、反射率と波長との関係における反射率が最小値をとるときの波長を「ディップ波長」という。
【００７４】
本実施形態では、レーザ光の波長は１０６４ｎｍであるが、この波長は一例であり、反射率の低減が主目的であることから、ここでは、ディップ波長での反射率の値に着目した。なお、微細構造体の形状を調整することにより、ディップ波長を１０６４ｎｍとすることは可能である。
【００７５】
図１０によると、構造幅ｗが変化してもディップ波長の位置の変化は小さく、とくに、構造幅ｗが１５０ｎｍ〜１８０ｎｍのとき、ディップ波長において反射率０．０１以下が得られることが判明した。また、反射率は、構造幅ｗが大きくなるにつれて上昇し、構造幅ｗが２４０ｎｍのときは、サファイア基板のみのときの反射率（約０．０７４）よりも大きいことが判明した。
【００７６】
（ii）反射率に及ぼす構造高さの影響についての計算結果を説明する。
【００７７】
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）には、サファイア基板２１６上の１つの微細凸構造体２１７が示されている。サファイア基板２１６上における２５０ｎｍ×２５０ｎｍの領域毎に１つの微細凸構造体２１７が付与されている。微細凸構造体２１７のｘ軸方向に関する長さ及びｙ軸方向に関する長さは１７０ｎｍであり、ｚ軸方向に関する長さをｈとする。この長さｈが「構造高さ」である。
【００７８】
そして、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示されるように、構造高さｈの値を変化させながら、反射率と波長との関係を求めた。その結果が図１３に示されている。
【００７９】
図１３によると、ディップ波長が構造高さｈに対応して連続的に変化していることが判明した。
【００８０】
（iii）サファイア基板と微細構造部との間にＳｉ３Ｎ４層を挿入したときの反射率の計算結果について説明する。
【００８１】
ここでは、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示されるように、サファイア基板２１６と微細凸構造体２１７との間にＳｉ３Ｎ４層２１８が挿入されるモデルを用いる。
【００８２】
そして、Ｓｉ３Ｎ４層２１８上における２５０ｎｍ×２５０ｎｍの領域毎に１つの微細凸構造体２１７が付与されている。微細凸構造体２１７のｘ軸方向に関する長さ及びｙ軸方向に関する長さは１７０ｎｍであり、ｚ軸方向に関する長さは２１５ｎｍである。また、Ｓｉ３Ｎ４膜２１８のｚ軸方向に関する長さをｈｂとする。
【００８３】
そして、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示されるように、ｈｂの値を変化させながら、反射率と波長との関係を求めた。その結果が図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示されている。
【００８４】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）によると、Ｓｉ３Ｎ４層の厚さｈｂに対応して、ディップ波長での反射率の変化がみられ、Ｓｉ３Ｎ４層の厚さが３０ｎｍのとき、Ｓｉ３Ｎ４層がないときよりも反射率の低減が認められ、反射率０．００３が得られた。すなわち、微細構造部とサファイア基板との間にＳｉ３Ｎ４層を挿入することで、２層のＡＲコーティングと同様な効果が期待できることが判明した。
【００８５】
本実施形態では、ディップ波長での反射率が最も小さくなるように 構造幅及び構造高さが設定されている。また、ディップ波長が約１０６４ｎｍとなるように微細構造体の形状が調整されている。
【００８６】
ここで、誘電体膜２１３の材料について説明する。
【００８７】
誘電体膜２１３の材料としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｏｔ、Ａｕ、Ｂｉのいずれかを主成分とする材料、又は前記主成分のフッ化物、窒化物、酸化物、及び炭化物のいずれかを少なくとも１つ含む材料を用いることができる。
【００８８】
具体的には、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２を用いることができる。また、誘電体膜２１３と板状部材２１２ａとの屈折率差が少ないほうが、反射防止特性を向上させることができるため、誘電体の成膜時のガスの成分を調整し、サファイアの屈折率に合わせこんだＳｉｘＮｙとしても良い。なお、ガスの成分調整を行う場合に、成膜後の誘電体の特性にばらつきが懸念されるときは、ＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４の混合材を使用しても良い。
【００８９】
ここで、本実施形態における誘電体膜２１３について説明する。本実施形態では、板状部材２１２ａの材料はサファイアガラスであり、誘電体膜２１３の材料はＳｉ３Ｎ４である。
【００９０】
図１７には、板状部材２１２ａのＢ面上に設けられた誘電体膜２１３の例（実施例）が示されている。この誘電体膜２１３は、下地部２１３ａと微細構造部２１３ｂとから構成されている。ここでは、微細構造部２１３ｂは、複数の微細凸構造体を有し、下地部２１３ａの＋Ｚ側に設けられている。微細構造部２１３ｂにおける微細凸構造体のピッチＰ（頂点間隔）は、入射光の波長（ここでは、１０６４ｎｍ）よりも短くなるように設定されている。
【００９１】
微細凸構造体は、＋Ｚ方向に断面積が連続して小さくなる錐形状を有している。なお、錐形状としては、円推形状、楕円錐形状、四角錐形状、及び多角錐形状のいずれであっても良い。
【００９２】
ここでは、図１８（Ａ）に示されるように、先ず、板状部材２１２ａのＢ面上に下地部２１３ａを形成し、その後、図１８（Ｂ）に示されるように、下地部２１３ａ上に複数の微細凸構造体を形成することによって、誘電体膜２１３が設けられている。
【００９３】
微細構造部２１３ｂの具体例が図１９〜図２１に示されている。図１９に示される微細構造部（「微細構造部Ａ」とする）は、高さ３００ｎｍ、底面の直径が３００ｎｍの円錐形状の微細凸構造体（「微細凸構造体Ａ」とする）がハニカム状に配列されている。
【００９４】
図２０に示される微細構造部（「微細構造部Ｂ」とする）は、高さ５００ｎｍ、底面の直径が３００ｎｍの円錐形状の微細凸構造体（「微細凸構造体Ｂ」とする）が３００ｎｍのピッチでハニカム状に配列されている。この微細凸構造体Ｂは、微細凸構造体Ａに比べ、最大径に対する高さの比率が高い高アスペクト比の微細凸構造体である。
【００９５】
図２１に示される微細構造部（「微細構造部Ｃ」とする）は、高さ５００ｎｍ、底面が一辺３００ｎｍの正方形の四角錐形状の微細凸構造体（「微細凸構造体Ｃ」とする）が格子状に配列されている。
【００９６】
本実施例では、誘電体膜を下地部と微細構造部とから構成することにより、２層の反射防止コートと同等の光学反射防止特性を実現している。そこで、隣接する２つの微細凸構造体間に平坦部があることが好ましい。具体的には、平坦部の面積は、微細構造部の面積の３０％〜６０％であることが好ましい。
【００９７】
下地部２１３ａのＺ軸方向に関する長さ（厚さ）は、反射率を小さくするため、誘電体膜の屈折率をｎｐとすると、λ／（４・ｎｐ）、又はλ／（２・ｎｐ）となるように設定されている。これは、前述した、２層構造のＡＲ膜における１層目の厚さｄＡＲ１に相当する（図６（Ｂ）参照）。具体的には、下地部２１３ａのＺ軸方向に関する長さ（厚さ）は、３０ｎｍである。
【００９８】
図２２には、比較例として、板状部材２１２ａに微細構造部が付与されていない場合が示されている。以下では、板状部材２１２ａの屈折率ｎ２をとし、燃焼室の雰囲気の屈折率ｎ１をとする。この比較例では、板状部材２１２ａと燃焼室との界面での屈折率変化（ｎ２→ｎ１）が急激なため、該界面での反射率が高くなる。
【００９９】
このため、比較例では、上記界面からの反射光が板状部材２１２ａ内で集光し、板状部材２１２ａが変質したり、該反射光がレーザ媒質２０６ａや面発光レーザアレイ２０１に戻ることにより、レーザ装置２００から射出されるレーザ光の光強度が変動するおそれがある。また、燃焼室内で発生したパーティクルが板状部材２１２ａに付着し、点火装置３０２から射出されるレーザ光の光量を減少させるおそれがある。
【０１００】
図２３には、本実施例の場合が示されている。本実施例では、図２４（Ｂ）及び図２４（Ｂ）に模式図的に示されるように、保護部材２１２と燃焼室との界面での屈折率の変化が小さいため、該界面での光の反射率を低くすることができる。そこで、本実施例では、板状部材２１２ａの変質、及び面発光レーザアレイ２０１への戻り光を抑制することができる。
【０１０１】
ところで、燃焼室３０４内には、エンジンオイルや水といった液体や、エンジンオイルの品質を保つために添加されているカルシウム酸化物などの微粒子、又はエンジン部品からの金属の微粒子が混在している。
【０１０２】
そして、図２５（Ａ）に示されるように、板状部材２１２ａの表面に微細構造部が設けられていない比較例の場合は、液体５０１及び微粒子５０２が板状部材２１２ａの表面に付着し、レーザ光の光強度を低下させる。
【０１０３】
一方、図２５（Ｂ）に示されるように、本実施例の場合は、液体５０１を撥水する効果がある。また、微粒子５０２についても、微細構造部により、粒子との接触面積を小さくすることができるため、保護部材２１２へのパーティクルの付着を抑えることができる。すなわち、保護部材２１２の汚染を防止することができる。その結果として、レーザ装置２００から射出されるレーザ光の光強度が低下するのを抑制できる。
【０１０４】
また、仮に汚染されたとしも、誘電体膜２１３を除去してから再度、誘電体膜２１３を成膜し、微細構造部を形成することにより、レーザ装置を交換することなく再利用することが可能となり、コスト低下を図ることができる。
【０１０５】
なお、本実施例では、微細凸構造体の形状が錐形状の場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、微細凸構造体の形状が、円錐台形状、楕円錐台形状、多角錐台形状であっても良い。
【０１０６】
また、微細凸構造体の形状が、一例として図２６に示されるように、釣り鐘形状であっても良い。また、一例として図２７に示されるように、隣接する２つの微細凸構造体の間隔が一様でなくても良い。
【０１０７】
なお、隣接する２つの微細凸構造体の間隔が一様でない場合、微細構造部における隣接する２つの微細凸構造体の平均間隔は、入射光の波長の半分以下であることが好ましい。また、微細構造部における隣接する２つの微細凸構造体の間隔は、ガウス分布に従ったランダムな間隔であることが好ましい。そして、図２８に示されるように、ガウス分布の２σ値が波長の１／√２倍以下であることが好ましい。
【０１０８】
ここで、便宜上、図２６に示される微細構造部を「微細構造部Ｄ」とし、微細凸構造体を「微細凸構造体Ｄ」とする。また、図２７に示される微細構造部を「微細構造部Ｅ」とし、微細凸構造体を「微細凸構造体Ｅ」とする。
【０１０９】
微細構造部Ａ〜微細構造部Ｃは、主に電子ビームリソグラフィーとエッチングを用いて作製され、微細構造部Ｄ及び微細構造部Ｅは、主に金属ナノ粒子をマスクとしたエッチング加工により作製される。なお、この他にもＸ線リソグラフィー、フォトリソグラフィーなどを用いる場合もある。
【０１１０】
また、微細凸構造体は、縦断面（Ｚ軸に平行な断面）の側部が湾曲していても良い。また、微細凸構造体は、＋Ｚ方向に断面積が階段状に小さくなる形状であっても良い。
【０１１１】
また、複数の微細凸構造体は、ピッチが入射光の波長よりも短い構造であれば良く、互いに形状や大きさが異なっていても良い。例えば、複数の微細凸構造体の直径は、５ｎｍ〜１０００ｎｍの間でランダムであっても良い。また、複数の微細凸構造体のピッチは、１０ｎｍ〜２０００ｎｍの間でランダムであっても良い。また、複数の微細凸構造体の配列形態は規則性を有していなくても良い。
【０１１２】
次に、誘電体膜２１３に設けられる微細構造部の領域について説明する。なお、以下では、微細構造部の領域を「微細構造部領域」と略述する。
【０１１３】
図２９には、微細構造部領域が、Ｂ面における筐体２１４に接合される矩形枠状の平坦部の内側の領域であって、ビーム通過領域が含まれる領域である例１が示されている。この場合、Ｂ面を通過する全ての光が微細構造部領域に入射し、該全ての光の反射率が低下する。また、Ｂ面に対する光の通過位置が少しずれても、全ての光の反射率が低下する。
【０１１４】
図３０には、微細構造部領域が、Ｂ面におけるビーム通過領域と一致する領域である例２が示されている。この場合、Ｂ面を通過する全ての光が微細構造部領域に入射し、該全ての光の反射率が低下する。また、Ｂ面における光が通過する領域にのみ微細凸構造体を形成すれば良いため、誘電体膜２１３における加工範囲を狭くすることができる。
【０１１５】
図３１には、微細構造部領域が、Ｂ面におけるビーム通過領域に含まれ、かつＢ面における有効ビーム径を最大径とする領域が含まれる領域である例３が示されている。「有効ビーム径」とは、光強度のガウス分布において最大強度（１００％）に対する相対強度が１／ｅ２（１３．５％）の部分のビーム径を意味する（図３２参照）。
【０１１６】
この場合、Ｂ面を通過する光のうちレーザ装置２００から射出される光の強度変動に実質的に影響する有効ビーム径を最大径とする領域内の全ての光が微細構造部領域に入射し、該全ての光の反射率が低下する。また、Ｂ面に対する光の通過位置が少しずれても、有効ビーム径を最大径とする領域内の全ての光の反射率が低下する。また、強度変動に実質的に影響する光が通過する領域にのみ微細凸構造体を形成すれば良いため、誘電体膜２１３における加工範囲をより狭くすることができる。
【０１１７】
図３３には、微細構造部領域が、Ｂ面における有効ビーム径を最大径とする領域に一致する領域である例４が示されている。この場合、Ｂ面を通過する光のうちレーザ装置２００から射出される光の強度変動に実質的に影響する有効ビーム径内の全ての光が微細構造部領域に入射し、該全ての光の反射率が低下する。また、有効ビーム径を最大径とする領域内にのみ微細凸構造体を形成すれば良いため、誘電体膜２１３における加工範囲を更により狭くすることができる。
【０１１８】
図３４には、微細構造部領域が、Ｂ面における有効ビーム径を最大径とする領域に含まれる領域である例５が示されている。この場合、Ｂ面を通過する光のうち有効ビーム径を最大径とする領域内における最大強度の光を含む強度が大きい一部の光であって、レーザ装置２００から射出される光の強度変動に大きく影響する一部の光が微細構造部領域に入射し、該一部の光の反射率を低下する。また、有効ビーム径を最大径とする領域よりも小さい領域にのみ微細凸構造体を形成すれば良いため、誘電体膜２１３における加工範囲を更により一層狭くすることができる。
【０１１９】
本実施例では、微細構造部領域が、例１〜例５のいずれかとなるように設定されている。
【０１２０】
ところで、通常、空気と窓部材との境界では、屈折率の急激な変化があるため、光の一部が反射される（図２４（Ａ）参照）。本実施例では、誘電体膜２１３の＋Ｚ側の面に、複数の円錐状の微細凸構造体を有する微細構造部２１３ｂが形成されているため、空気と誘電体膜２１３との間の領域の見かけの屈折率を連続的に変化させることができ（図２４（Ｂ）参照）、光の反射を抑えることができる。
【０１２１】
この結果、レーザ光が窓部材内部で集光されて該窓部材が変質し透過率が低下することや、レーザ光がレーザ媒質や励起用光源に戻るのを抑制することができる。また、点火装置から射出されるレーザ光の強度が低下するのを抑制することができる。
【０１２２】
また、従来、窓部材での反射を低減するために、該窓部材に反射防止膜をコートする方法が用いられるが、点火装置では、窓部材は燃焼室に臨んで設けられ、約６００℃もの高温にさらされるため、コート材料の多くは変質してしまう。
【０１２３】
本実施例では、窓部材が約６００℃にも耐えられる誘電体膜を有し、該誘電体膜の射出端面に複数の微細凸構造体が形成されているため、微細凸構造体が形成されていない場合に比べ、射出端面での反射を抑えることができる。また、本実施例では、微細凸構造体がない場合に比べ、誘電体膜の射出端面と燃焼室内で発生するパーティクルとの接触面積が小さくなるため、誘電体膜へのパーティクルの付着を抑えることができる。すなわち、窓部材の汚染を防止することができる。
【０１２４】
また、本実施例では、微細凸構造体は、入射側から射出側へ向かう方向に、断面（横断面）が徐々に小さくなるテーパ形状のため、屈折率変化を緩やかにでき、反射率を十分に低下させることができる。そして、図３５（Ａ）及び図３５（Ｂ）に示されるように、微細凸構造体の凸方向の長さ（高さ）が長いほど屈折率変化をより緩やかにすることができ、反射率をより低下させることができる。
【０１２５】
また、複数の微細凸構造体における中心間隔が略一定の場合には、微細凸構造体が形成された全域で略均一な反射率低減効果を得ることができる。そして、複数の微細凸構造体における、各微細凸構造体の直径が５ｎｍ〜１０００ｎｍ、隣接する２つの微細凸構造体の間隔が１０ｎｍ〜２０００ｎｍのランダムであっても反射率を十分に低下させることができる。
【０１２６】
図２に戻り、レーザ装置２００から射出される光のＺ軸方向に関する集光位置の調整は、射出光学系２１０の焦点距離、及びＺ軸方向に関する射出光学系２１０の配置位置を調整することにより、行うことができる。
【０１２７】
第１集光光学系２０３は、少なくとも１つの集光レンズを有している。ここでは、第１集光光学系２０３における光学素子の構成については限定されない。要するに、面発光レーザアレイ２０１から射出される光が、光ファイバ２０４の−Ｚ側端面の中心部に集光されれば良い。
【０１２８】
本実施形態では、光ファイバ２０４を用いることにより、面発光レーザアレイ２０１とレーザ共振器２０６との距離を光ファイバ２０４の長さの分だけ長くすることができる。
【０１２９】
そこで、レーザ装置２００を内燃機関の点火装置に使用する場合、該内燃機関の周辺の高温領域や振動領域から面発光レーザアレイ２０１を遠ざけることが可能となり、点火装置の信頼性を向上させることができる。
【０１３０】
第２集光光学系２０５は、ここでは、一例として図３６に示されるように、第１レンズ２０５ａと第２レンズ２０５ｂとから構成されている。
【０１３１】
第１レンズ２０５ａは、コリメートレンズであり、光ファイバ２０４から射出された光を略平行光とする。
【０１３２】
第２レンズ２０５ｂは、集光レンズであり、第１レンズ２０５ａによって略平行光とされた光を集光する。
【０１３３】
なお、第２集光光学系２０５は、３つ以上の光学素子から構成されていても良い。また、第２集光光学系２０５は、１つの光学素子から構成されていても良い。この場合、該１つの光学素子は集光レンズである。
【０１３４】
レーザ共振器２０６は、本実施形態では、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶及びＣｒ：ＹＡＧ結晶が、いずれもセラミックスであるため、単結晶に比べて生産コストが低く、安価である。また、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶とＣｒ：ＹＡＧ結晶の境界部が分離していないため、単一の結晶と同等の特性が得られ、機械強度的及び光学的に有利である。
【０１３５】
第２レンズ２０５ｂで集光された光は、レーザ媒質２０６ａに入射される。すなわち、第２レンズ２０５ｂで集光された光によってレーザ媒質２０６ａが励起される。なお、以下では、レーザ媒質２０６ａに入射される光を「励起光」ともいう。
【０１３６】
射出光学系２１０は、単一の光学素子からなっていても良いし、複数の光学素子からなっていても良い。
【０１３７】
ところで、半導体レーザとして、端面発光レーザが広く知られている。しかしながら、この端面発光レーザから射出される光は、温度に対する波長の変動が大きい。そこで、高温環境下での使用が想定される点火装置では、端面発光レーザを励起用光源に使用する場合、端面発光レーザの温度を一定に保つための精密な温度制御機構が必要になり、点火装置の大型化や高コスト化を招く。
【０１３８】
一方、面発光レーザアレイから射出される光は、温度に対する波長の変動が端面発光レーザの約１／１０である。そこで、面発光レーザアレイを励起用光源に使用する点火装置では、精密な温度制御機構を必要としない。そのため、小型かつ低コストな点火装置を実現することができる。
【０１３９】
加えて、面発光レーザアレイは、発光領域が半導体内部にあることから端面破壊の懸念がなく、点火装置の信頼性を向上させることができる。
【０１４０】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る点火装置３０１では、保護部材２１２によって、本発明の点火装置における窓部材が構成されている。
【０１４１】
また、本実施形態に係る点火装置３０１では、レーザ装置２００によって、本発明の点火装置における光源が構成され、射出光学系２１０によって、本発明の点火装置における光学系が構成されている。
【０１４２】
以上説明したように、本実施形態に係る保護部材２１２は、光が入射するＡ面と、該Ａ面に入射した光が射出されるＢ面とを有する板状部材２１２ａと、該板状部材２１２ａのＢ面上に設けられた誘電体膜２１３とを備えている。そして、誘電体膜２１３は、微細凸構造体を複数有する微細構造部を含んでいる。
【０１４３】
微細凸構造体の形状は、光の進行方向に向かって、断面積が連続的小さくなるような錐形状である。微細凸構造体の直径は、光の波長の１／２以下であり、微細構造部における複数の微細凸構造体の間隔は、光の波長の１／２以下である。
【０１４４】
また、板状部材２１２ａはサファイヤガラスであり、誘電体膜２１３の材料は、Ｓｉ３Ｎ４である。
【０１４５】
この保護部材２１２によると、耐熱性の向上と反射光の低減とを両立させることができるとともに、汚れの付着抑制を図ることができる。
【０１４６】
そして、保護部材２１２は、低温環境下、常温環境下で使用される場合は無論、反射コートが困難である高温環境下において使用される窓部材に特に有効である。すなわち、保護部材２１２は、あらゆる温度環境下での窓部材としての用途に広く適用可能である。
【０１４７】
そして、点火装置３０１は、保護部材２１２を有しているため、安定した点火を効率良く行うことができる。
【０１４８】
また、エンジン３００は、点火装置３０１を備えているため、結果として、効率化を図ることができる。
【０１４９】
なお、上記実施形態では、板状部材２１２ａが矩形板状の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、円形板状、楕円板状、長方形板状、多角形板状であっても良い。
【０１５０】
また、上記実施形態では、保護部材２１２が点火装置に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、画像形成装置（例えばレーザ複写機、レーザプリンタ等）や画像投影装置（例えばプロジェクタ）における窓部材として用いることができる。
【０１５１】
また、保護部材２１２が耐熱性を必要としない装置の窓部材として用いられても良い。
【０１５２】
また、上記実施形態において、励起用光源として面発光レーザアレイが用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【０１５３】
次に、保護部材２１２の変形例（変形例１〜変形例６）について説明する。
【０１５４】
変形例１の保護部材２１２では、一例として図３７に示されるように、板部材２１２ａのＢ面上に誘電体膜２１３が付与されている。そして、微細構造部２１３ｂは、複数の微細凹構造体を有し、微細構造部２１３ｂが下地部２１３ａの＋Ｚ側に設けられている。
【０１５５】
ここでは、図３８（Ａ）に示されるように、先ず、板状部材２１２ａのＢ面上に下地部２１３ａを形成し、その後、図３８（Ｂ）に示されるように、下地部２１３ａを削って複数の微細凹構造体を形成することによって、誘電体膜２１３が設けられている。変形例１の保護部材２１２は、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
変形例２の保護部材２１２では、一例として図３９に示されるように、板部材２１２ａのＡ面上に誘電体膜２１３が付与されている。そして、微細構造部２１３ｂは、複数の微細凸構造体を有し、微細構造部２１３ｂは、下地部２１３ａの−Ｚ側に設けられている。微細凸構造体は、＋Ｚ方向に断面積が連続して大きくなる形状を有している。なお、該微細凸構造体は、＋Ｚ方向に断面積が階段状に大きくなる形状であっても良い。
【０１５７】
この場合、誘電体膜２１３の−Ｚ側の面での反射を抑えることができる。そこで、この変形例２の保護部材２１２によると、耐熱性の向上と反射光の低減とを両立させることができる。
【０１５８】
変形例３の保護部材２１２では、一例として図４０に示されるように、板部材２１２ａのＡ面上に誘電体膜２１３が付与されている。そして、微細構造部２１３ｂは、複数の微細凹構造体を有し、微細構造部２１３ｂが下地部２１３ａの−Ｚ側に設けられている。
【０１５９】
この場合、誘電体膜２１３の−Ｚ側の面での反射を抑えることができる。そこで、この変形例３の保護部材２１２によると、耐熱性の向上と反射光の低減とを両立させることができる。
【０１６０】
変形例４の保護部材２１２では、一例として図４１に示されるように、板部材２１２ａのＡ面上及びＢ面上に誘電体膜２１３が付与されている。各誘電体膜２１３の微細構造部は、複数の微細凸構造体を有している。変形例４の保護部材２１２は、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１６１】
変形例５の保護部材２１２では、一例として図４２に示されるように、板部材２１２ａのＡ面上及びＢ面上に誘電体膜２１３が付与されている。各誘電体膜２１３の微細構造部は、複数の微細凹構造体を有している。変形例５の保護部材２１２は、上記実施例と同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
なお、変形例４の保護部材２１２において、Ａ面側の微細凸構造体とＢ面側の微細凸構造体の位置がそろっていても良いし、互いにずれていても良い。同様に、変形例５の保護部材２１２において、Ａ面側の微細凹構造体とＢ面側の微細凹構造体の位置がそろっていても良いし、互いにずれていても良い。
【０１６３】
また、Ａ面側が微細凸構造体であり、Ｂ面側が微細凹構造体であっても良いし、Ａ面側が微細凹構造体であり、Ｂ面側が微細凸構造体であっても良い。
【０１６４】
変形例６の保護部材２１２では、一例として図４３に示されるように、下地部はなく、微細構造部のみで構成されている。この場合も、上記実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。
【０１６５】
また、上記実施例及び変形例において、一例として図４４に示されるように、微細凸構造体及び微細凹構造体の形状が、柱形状であっても良い。この場合であっても、従来よりも、反射光を低減させることができる。そこで、耐熱性の向上と反射光の低減とを両立させることができる。なお、柱形状として、円柱状、楕円柱状、四角柱状、多角柱状などがある。
【０１６６】
また、上記実施例及び変形例において、一例として図４５に示されるように、隣接する２つの微細構造体の間隔がほぼ０であっても良い。すなわち、上記実施例における平坦部が設けられていなくても良い。この場合であっても、従来よりも、反射光を低減させることができる。そこで、耐熱性の向上と反射光の低減とを両立させることができる。
【０１６７】
また、上記実施例及び変形例において、誘電体膜２１３が多層膜であっても良い。例えば、図４６に示されるように、微細構造部２１３ｂが、誘電体２１３ｃでコーティングされていても良い。この場合、従来の多層膜よりも少ない層数で、従来の多層膜と同等以上に小さい反射率を実現することができる。そして、従来の多層膜よりも層数が少なくて良いことから、クラックの発生を抑制することができる。
【０１６８】
また、上記実施例では、誘電体膜２１３の材料がＳｉ３Ｎ４の場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、使用環境に応じた耐熱性を有する材料であれば良い。この場合、前述した窒化物、酸化物、及び炭化物だけではなく、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｏｔ、Ａｕ、Ｂｉのいずれかを主成分とする材料や、該主成分のフッ化物を用いることもできる。
【０１６９】
また、上記実施例では、板状部材２１２ａの材料がサファイアガラスの場合について説明したが、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１７０】
２００…レーザ装置（光源）、２０１…面発光レーザアレイ、２０３…第１集光光学系、２０４…光ファイバ（伝送部材）、２０５…第２集光光学系、２０５ａ…第１レンズ、２０５ｂ…第２レンズ、２０６…レーザ共振器、２０６ａ…レーザ媒質、２０６ｂ…可飽和吸収体、２１０…射出光学系（光学系）、２１２…保護部材（窓部材）、２１２ａ…板状部材、２１３…誘電体膜、２１３ａ…下地部、２１３ｂ…微細構造部、２１３ｃ…誘電体、２１４…筐体、２１５…ＡＲ膜、２１５ａ…ＡＲ膜、２１５ｂ…ＡＲ膜、２１６…サファイア基板、２１７…微細凸構造体、２１８…Ｓｉ３Ｎ４層、２２０…駆動装置、２２２…エンジン制御装置、３００…エンジン（内燃機関）、３０１…点火装置、３０２…燃料噴出機構、３０３…排気機構、３０４…燃焼室、３０５…ピストン、５０１…液体、５０２…微粒子。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１７１】
【特許文献１】特許第４０２１９５４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１０９１２８号公報
【特許文献３】特許第５８９２８０４号公報
【特許文献４】特開２０１０−１９１５０号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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