(57)【要約】【課題】光学窓を容易に交換することを可能にする。【解決手段】実施形態に係るレーザ装置は、レーザ光を射出する光源と、前記レーザ光が通過する光学素子と、前記光学素子が収容される第１の筐体と、第２の筐体に保持され、前記光学素子を通過した光が通過する光学窓とを有する。【選択図】図２
2019165087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出する光源と、
前記レーザ光が通過する光学素子と、
前記光学素子が収容される第１の筐体と、
第２の筐体に保持され、前記光学素子を通過した光が通過する光学窓と、
を有するレーザ装置。
【請求項２】
前記第１の筐体と前記第２の筐体が結合されて一体化している
請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記第２の筐体は、前記第１の筐体の少なくとも一部を覆っている請求項１または２に記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記第１の筐体と前記第２の筐体は、互いに嵌合するねじ部をそれぞれ有する請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項５】
前記第１の筐体と前記第２の筐体との結合部は、封止材で封止されている請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項６】
前記第１の筐体に保持される光学窓をさらに有する、請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項７】
前記第２の筐体の光学窓は、前記第１の筐体の光学窓よりも厚い請求項６に記載のレーザ装置。
【請求項８】
前記第２の筐体の光学窓の光通過面の面積は、前記第１の筐体の光学窓の光通過面の面積よりも小さい請求項６または７に記載のレーザ装置。
【請求項９】
前記第１の筐体の光学窓の入射面および出射面と前記第２の筐体の光学窓の入射面に反射防止膜が設けられている請求項６から８のいずれか一項に記載のレーザ装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のレーザ装置により燃料に点火することを特徴とする点火装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の点火装置を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置、点火装置および内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザを励起用光源として用いたレーザ装置は、点火装置、レーザ加工機、医療用機器など様々な分野への応用が期待されている。特に、このようなレーザ装置を自動車などの内燃機関における点火装置として用いる方法が検討されている。
【０００３】
このような点火装置では、半導体レーザから発振されたレーザ光（励起光）をＱスイッチ式のレーザ共振器に照射して、エネルギー密度の高いパルスレーザ光を発振する。発振されたパルスレーザ光は、集光用レンズおよび入射用の透明な燃焼室窓（光学窓）を通して、燃焼室内に導入された混合気中に集光させる。これにより、燃焼室内にプラズマが発生し、燃焼室内に噴射された燃料を着火させる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ただし、上記従来の点火装置では、光学窓の汚れが問題となっていた。そこで、例えば特許文献１には、光学窓の表面に、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る手法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、内燃機関内で発生するゴミや不純物が光学窓に付着するのを完全に抑えるのは非常に難しく、使用するうちにいずれは汚れてしまい、その結果、レーザ光のパワーが低下して燃焼性能が悪化するという課題が存在する。
【０００６】
そこで本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光学窓を容易に交換することを可能にするレーザ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザ装置は、レーザ光を射出する光源と、前記レーザ光が通過する光学素子と、前記光学素子が収容される第１の筐体と、第２の筐体に保持され、前記光学素子を通過した光が通過する光学窓とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学窓を容易に交換することを可能にするレーザ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る点火装置としてのレーザ装置を備える内燃機関の主要部を模式的に示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係るレーザ装置の概略構成例を示す図である。
【図３】図３は、図２に示すレーザ装置の一部拡大図である。
【図４】図４は、第２の実施形態に係るレーザ装置の概略構成例を示す図である。
【図５】図５は、第３の実施形態に係るレーザ装置の概略構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、レーザ装置、点火装置および内燃機関の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係るレーザ装置、点火装置および内燃機関について、図面を参照して説明する。本実施形態では、内燃機関としてエンジンを用いた場合について説明する。
【００１２】
＜内燃機関＞
図１は、第１の実施形態に係る点火装置としてのレーザ装置を備える内燃機関の主要部を模式的に示す図である。図１に示すように、エンジン１０は、レーザ装置１１、燃料噴出機構１２、排気機構１３、燃焼室１４、およびピストン１５を有する。
【００１３】
エンジン１０の動作について簡単に説明する。燃料噴出機構１２が、燃料と空気とを含む可燃性混合気を燃焼室１４内に噴出させる（吸気）。その後、ピストン１５が上昇して、可燃性混合気が圧縮される（圧縮）。レーザ装置１１は、燃焼室１４内の圧縮された混合気中にレーザ光を集光させ、プラズマを発生させる。発生したプラズマにより、混合気中の燃料に点火させる（着火）。点火により混合気が燃焼することで、燃焼室１４内で燃焼ガスが膨張する。これにより、ピストン１５が降下する（燃焼）。その後、排気機構１３が、燃焼ガスを燃焼室１４外へ排気する（排気）。
【００１４】
このように、エンジン１０では、吸気、圧縮、着火、燃焼、および排気からなる一連の工程が繰り返される。そして、燃焼室１４内の気体の体積変化に対応してピストン１５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などが用いられる。
【００１５】
なお、レーザ装置１１は、エンジン１０の外部に設けられている駆動装置１６と電気的に接続されており、レーザ装置１１におけるレーザ光の出射は、エンジン制御装置１７の指示に基づいて駆動装置１６により制御される。
【００１６】
＜レーザ装置＞
レーザ装置１１について説明する。レーザ装置１１の構成の一例を図２に示す。図２に示すように、レーザ装置１１は、面発光レーザ（光源）２１、第１集光光学系２２、光ファイバ（伝送部材）２３、第２集光光学系２４、レーザ共振器２５、第３集光光学系２６、窓部材２７Ａ、および筐体（ハウジング）２８を有する。なお、図２中、レーザ光は、二点鎖線で示す。本明細書では、３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の３次元直交座標系を用い、面発光レーザ２１からのレーザ光の出射方向を＋Ｚ方向とし、レーザ光の光軸に直交する面において、互いに直交する２つの方向のうち一方をＸ軸方向とし、他方をＹ軸方向として説明する。
【００１７】
面発光レーザ２１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２１から出射されるレーザ光の波長は、例えば、約８０８ｎｍである。
【００１８】
面発光レーザ２１は、駆動装置１６と電気的に接続されており、エンジン制御装置１７の指示に基づいて、駆動装置１６が面発光レーザ２１を駆動して、面発光レーザ２１からレーザ光が出射される。本実施形態では、出射されるレーザ光の波長の温度依存性が低いことから、面発光レーザを光源に用いているが、レーザの温度依存性が問題にならない場合は、端面発光レーザを光源に用いることもできる。
【００１９】
第１集光光学系２２は、面発光レーザ２１から出射されたレーザ光を光ファイバ２３の−Ｚ側端面の中心部に集光する。第１集光光学系２２は、少なくとも１つの集光レンズを有する。本実施形態では、第１集光光学系２２は、マイクロレンズ２２１、および集光レンズ系２２２を有している。
【００２０】
マイクロレンズ２２１は、面発光レーザ２１から出射されたレーザ光の光路上に配置されている。マイクロレンズ２２１は、面発光レーザ２１の複数の発光部に対応する複数のレンズを有する。各レンズは、対応する発光部から出射されたレーザ光を略平行光とする。すなわち、マイクロレンズ２２１は、面発光レーザ２１から出射されたレーザ光をコリメートする。
【００２１】
集光レンズ系２２２は、マイクロレンズ２２１を介したレーザ光を集光する。
【００２２】
なお、第１集光光学系２２は、少なくとも１つの集光レンズを有していればよく、複数の光学素子で構成されていてもよい。
【００２３】
光ファイバ２３は、第１集光光学系２２によってレーザ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。光ファイバ２３に入射したレーザ光は、コア内を伝播し、コアの＋Ｚ側端面から出射する。
【００２４】
第２集光光学系２４は、光ファイバ２３から出射されたレーザ光の光路上に配置され、光ファイバ２３から出射された光を集光する。第２集光光学系２４で集光されたレーザ光は、レーザ共振器２５に入射する。本実施形態では、第２集光光学系２４は、第１レンズ２４１、および第２レンズ２４２を有している。
【００２５】
第１レンズ２４１は、コリメートレンズであり、光ファイバ２３から出射されたレーザ光を略平行光とする。
【００２６】
第２レンズ２４２は、集光レンズであり、第１レンズ２４１によって略平行光とされたレーザ光を集光する。
【００２７】
なお、第２集光光学系２４は、集光レンズを有していれば、１つの光学素子で構成されていてもよいし、３つ以上のレンズを有していてもよい。
【００２８】
レーザ共振器２５は、Ｑスイッチ式のレーザ共振器である。本実施形態では、レーザ共振器２５は、レーザ媒質２５１、および可飽和吸収体２５２を有している。レーザ共振器２５では、入射されたレーザ光のエネルギー密度が高められて、波長が例えば約１０６４ｎｍのレーザ光が短いパルス幅で出射される。
【００２９】
レーザ媒質２５１は、略直方体形状のＮｄ：ＹＡＧ結晶であり、Ｎｄが１．１％ドープされている。
【００３０】
可飽和吸収体２５２は、略直方体形状のＣｒ：ＹＡＧ結晶である。可飽和吸収体２５２は、レーザ光の吸収量によって透過率が変化するものであり、初期透過率は約０．５０（５０％）である。レーザ光の吸収量が小さい時は吸収体として機能し、レーザ光の吸収量が飽和すると透明になる。可飽和吸収体２５２が透明になることで、Ｑスイッチ発振が発生する。
【００３１】
第２集光光学系２４で集光されたレーザ光がレーザ共振器２５に入射すると、レーザ光はレーザ共振器２５内で共振し増幅される。また、レーザ媒質２５１に入射したレーザ光によってレーザ媒質２５１が励起される。なお、面発光レーザ２１から出射されるレーザ光の波長（例えば、８０８ｎｍ）は、ＹＡＧ結晶において最も吸収効率の高い波長である。
【００３２】
レーザ共振器２５内でレーザ光が共振して増幅される。可飽和吸収体２５２においてレーザ光の吸収量が飽和すると、可飽和吸収体２５２においてＱスイッチ発振が発生する。これにより、エネルギー密度の高いレーザ光がレーザ共振器２５から短いパルス幅でエネルギーを集中させて出射される。レーザ媒質２５１としてＮｄ：ＹＡＧを用いた場合、出射されるレーザ光の波長は、約１０６４ｎｍである。
【００３３】
レーザ共振器２５から出射されたレーザ光は、第３集光光学系２６に入射される。
【００３４】
第３集光光学系２６は、レーザ共振器２５から出射されるレーザ光の光路上に配置されている。第３集光光学系２６は、レーザ共振器２５から出射されるレーザ光を集光させ、集光点で高いエネルギー密度を得る。集光されたレーザ光は、ある一定のエネルギー密度を超えると、燃焼室１４内の可燃性混合気に含まれる気体を構成する分子が電離し、陽イオンと電子とに別れ、プラズマ化（ブレークダウン）する。
【００３５】
本実施形態では、第３集光光学系２６は、第３レンズ２６１、第４レンズ２６２、および第５レンズ２６３で構成されている。
【００３６】
第３レンズ２６１は、レーザ共振器２５から出射されるレーザ光の発散角度を大きくするための光学素子であり、本実施形態では、凹レンズが用いられている。
【００３７】
第４レンズ２６２は、第３レンズ２６１からの発散光をコリメートするための光学素子であり、本実施形態では、コリメートレンズが用いられている。
【００３８】
第５レンズ２６３は、第４レンズ２６２からのレーザ光を集光するための光学素子であり、本実施形態では、集光レンズが用いられている。
【００３９】
なお、第３集光光学系２６は、３つのレンズで構成されているが、少なくとも１つのレンズで構成されていればよく、一つの光学素子で構成されていてもよいし、複数の光学素子で構成されていてもよい。
【００４０】
第３集光光学系２６から出射されたレーザ光は、光学窓（第２光学窓）２７１を透過して、燃焼室１４内で集光される。
【００４１】
窓部材２７Ａの構成について説明する前に、ハウジング２８について説明する。ハウジング２８は、第２集光光学系２４、レーザ共振器２５、第３集光光学系２６等の光学素子を収容する第１ハウジング２８−１と、窓部材２７Ａを収容する第２ハウジング２８−２とで構成されている。
【００４２】
第２ハウジング２８−２の先端（燃焼室側）には、第２ハウジング２８−２内と燃焼室内との光学的な連続性を確保するため、窓部材２７Ａが設けられている。窓部材２７Ａは、第２光学窓２７１および光学窓保持部材２７２により構成され、光学窓保持部材２７２が第２光学窓２７１を保持している。第２光学窓２７１は、第３集光光学系２６から出射されるレーザ光の光路上に配置され、入射するレーザ光に対して透明な材料で構成されている。第２光学窓２７１は、第２ハウジング２８−２における燃焼室１４側の面に形成された開口に位置するように配置される。
【００４３】
第２光学窓２７１は燃焼室に面して設けられるため、レーザ装置の使用に伴って第２光学窓２７１の出射面に汚れが付着する。本実施形態では、光学素子を収容する第１ハウジング２８−１から第２ハウジング２８−２を取り外して、汚れの付着した第２光学窓２７１のみを交換できるよう、第１ハウジング２８−１と第２ハウジング２８−２を別体として形成している。これにより、光学窓の交換を容易に行うことが可能となる。
【００４４】
さらに、第１ハウジング２８−１の先端（燃焼室側）に、第１ハウジング２８−１内と第２ハウジング２８−２内との光学的な連続性を確保するための第１光学窓２０８が設けられていてもよい。
【００４５】
第１光学窓２０８は、第３集光光学系２６から出射されるレーザ光の光路上に配置され、入射するレーザ光に対して透明な材料で構成されている。この第１光学窓２０８は、第２集光光学系２４、レーザ共振器２５、第３集光光学系２６等の光学素子を第１ハウジング２８−１の中に封止する。これにより、窓部材２７Ａの交換時に第２ハウジング２８−２を取り外しても、第１ハウジング２８−１内の光学素子が外気に晒されることがない。第１光学窓２０８により、空気中に浮遊しているゴミや不純物などから第１ハウジング２８−１内の光学素子を保護することができる。このように、第１ハウジング２８−１内を窓部材２７Ａから分離して密閉状態を保つことができる構成とすることで、レーザ装置１１に使用されているレンズなどの光学素子を汚染してしまうことなく、第２光学窓２７１を交換することが可能となる。
【００４６】
なお、従来技術の点火装置（例えば特許文献１）においては、集光レンズやレーザ共振器等の光学素子と光学窓とを同一の筐体に取り付けている。そのため、光学窓の交換を容易に行うことはできなかった。従来技術では、光学窓に汚れが付着した際には、ハウジングを取り外して洗浄するか、光学素子も含めてハウジングごと交換する必要があり、コストが増大していた。
【００４７】
第２ハウジング２８−２の第１ハウジング２８−１への固定は、ロウ付け、レーザ溶接、ねじ止め、焼きばめ、接着などを用いることが可能である。例えば、第２ハウジング２８−２と第１ハウジング２８−１との接触箇所に、互いに嵌合するねじ部を設け、このねじ部により、第２ハウジング２８−２を第１ハウジング２８−１へ固定してもよい。
【００４８】
また、第１ハウジング２８−１は、第１光学窓２０８以外にも、外部からの不純物の侵入が考えられる可能性がある箇所には、Ｏリングやロウ付け、溶接、ガスケット、焼きばめ、接着などで封止しておく必要がある。例えば、図２には、第１ハウジング２８−１と第２ハウジング２８−２との接合部と、第１ハウジング２８−１に対する光ファイバ２３の取付部との２箇所に設けられた封止材２９１及び２９２により、外部からの不純物の侵入が防止されている。
【００４９】
第１光学窓２０８は、第１ハウジング２８−１に固定されるが、その固定方法には、ロウ付け、レーザ溶接、ねじ止め、焼きばめ、接着などを用いることが可能である。固定方法として、接着を用いる場合は、高温時にガスが発生しにくい材料の接着材を使用した方が良い。ガスが発生すると、それが光学素子に付着し、強度の高いレーザ光が照射すると焼きついてしまうなどの不具合が発生する可能性があるためである。
【００５０】
ハウジング２８のうち少なくとも第２ハウジング２８−２には、耐熱性の高い金属を用いるのが好ましい。例えば、鉄、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金、ステンレスなどの耐熱性金属が用いられる。Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金として、例えば、インコネルなどが挙げられる。Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金として、例えば、コバールなどが挙げられる。また、第１ハウジング２８−１と第２ハウジング２８−２を同じ材料で形成してもよい。
【００５１】
窓部材２７Ａは燃焼に晒されるため、接合箇所には、耐熱、耐圧の観点からロウ付けを用いるのが好ましい。本実施形態では、第２光学窓２７１は、光学窓保持部材２７２の内面にロウ材（接合材）を用いてロウ付けされている。また、窓部材２７Ａを第２ハウジング２８−２に固定する際にもロウ付けを用いている。
【００５２】
第２光学窓２７１の平面視における形状は、特に限定されるものではなく、例えば、矩形状、円形状、楕円状、長方形状、多角形状などであってもよい。
【００５３】
第２光学窓２７１の材料としては、例えば、光学ガラス、耐熱ガラス、石英ガラス、サファイアガラスなどを用いることができる。特に、第２光学窓２７１は、燃焼室１４内に発生する燃焼圧力からハウジング２８側の第１光学窓２０８などの光学部材を保護するため、十分な耐圧強度であることが望ましい。例えば、第２光学窓２７１は、６００℃以上の耐熱性と、５０ＭＰａ（メガパスカル）以上の耐圧性とを備えているとよい。そこで、第２光学窓２７１の厚みを厚くすることが考えられる。しかし、第２光学窓２７１の厚みが厚くなると、第２光学窓２７１の出射面で入射したレーザ光の一部が反射されて、第２光学窓２７１の内部で集光しやすくなる。そのため、第２光学窓２７１の内部での集光を抑制するためには、第３集光光学系２６の焦点距離を長くする必要がある。
【００５４】
光学窓保持部材２７２を形成する材料としては、例えば、鉄、ニッケル、Ｎｉ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金、ステンレスなどの耐熱性金属材料を用いることができる。Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金として、例えば、インコネルなどが挙げられる。Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金として、例えば、コバールなどが挙げられる。中でも、本実施形態では、第２光学窓２７１は、サファイアで形成されることが好ましいことから、光学窓保持部材２７２を形成する材料は、サファイアと熱膨張係数の近いコバールを使用することが好ましい。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、第２光学窓２７１を容易に交換することが可能となる。さらに、第１光学窓を備えることで、第２光学窓の交換時に空気中のゴミや不純物などから第２集光光学系２４などの光学素子を保護することが可能となる。
【００５６】
なお、以上の構成において、第１光学窓２０８の面積は、レーザ光が第５レンズ２６３で集光され始めたところで通過するため、レーザ光のビーム径を考慮して決定されるとよい。また、第２光学窓２７１は、第１光学窓２０８よりも燃焼室側に位置している。そのため、図３に示すように、第２光学窓２７１の面積Ｓ２は、第１光学窓２０８の面積Ｓ１よりも小さくても良い。それにより、材料コストが削減でき、かつ、第２光学窓２７１にかかる圧力も低減することができる。その結果、信頼性を向上することが可能となる。
【００５７】
第１光学窓２０８の材質は、レーザ光が通過すればよく、サファイア、ガラス、樹脂などであってよい。
【００５８】
第１光学窓２０８は、第２ハウジング２８−２により外気から遮断されることで保護されているため、第２光学窓２７１ほどは圧力がかからない。そのため、その厚みは第２光学窓２７１よりも薄くてもよい。
【００５９】
レーザ光は、第５レンズ２６３により、第２光学窓２７１を通過したところに集光され、ブレイクダウン（点火）が発生する。このとき、燃焼室の壁近傍で点火するよりも燃焼室の中央に近い位置で点火する方が、形成された火炎を効率よく成長させる事ができる。そのため、第５レンズ２６３は燃焼室側に近い方が好ましい。そのことから、第１光学窓２０８の厚みは、気密性が保たれる範囲で、極力薄い方が良い。但し、第１ハウジング２８−１に第１光学窓２０８を取付ける際、焼きばめなど、第１光学窓２０８に力がかかる場合は破損やリークが発生しない様な厚みを設定する必要がある。
【００６０】
一方で、窓部材２７Ａは高温高圧環境に晒される。そのため、第２光学窓２７１は、サファイアなどの高耐久性材料を用いるのが好ましく、厚みについても、破損やリークしない様な厚みにする必要がある。第２光学窓２７１は、少なくとも第１光学窓２０８よりも厚く形成するのが好ましい。
【００６１】
また、第２光学窓２７１から反射した光が、各種レンズやレーザ共振器２５や第１光学窓２０８などの光学素子内で焦点を結ばない様にする必要がある。そこで、第２光学窓２７１のレーザ光が通過する入射面２７１ａおよび出射面２７１ｂには、反射防止（ＡＲ：Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜（ＡＲ膜）または反射防止構造を設けていてもよい。反射防止構造は、例えば、特開２０１７−１１１２７８に開示されているような複数の凸状微細構造体が入射光の波長よりも短いピッチ（頂点間隔）で形成された構造である。第２光学窓２７１の出射面は、燃焼室に面し、高温高圧に晒される。そのため、第２光学窓の出射面に設けるのは、反射防止膜よりも反射防止構造のほうが好ましい。一方、第１光学窓２０８は第２光学窓２７１により保護されているため、第１光学窓２０８の入射面２０８ａおよび出射面２０８ｂに反射防止膜を設けることができる。なお、入射面２０８ａ／２７１ａは、光学窓２０８／２７１の第３集光光学系２６側の面であり、出射面２０８ｂ／２７１ｂは、光学窓２０８／２７１の燃焼室１４側の面である。
【００６２】
さらに、第２光学窓２７１の出射面に、光や熱により触媒機能を発揮する触媒層が設けられていてもよい。触媒層としては、一例としてＴｉＯ２を用いることができる。
【００６３】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係るレーザ装置、点火装置および内燃機関について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付すことで、その重複する説明を省略する。
【００６４】
本実施形態に係る内燃機関は、第１の実施形態において図１を用いて説明した内燃機関と同様であってよい。ただし、本実施形態では、レーザ装置１１が図４に示すレーザ装置１１Ａに置き換えられる。
【００６５】
＜レーザ装置＞
図４に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１１Ａは、図２に示したレーザ装置１１と同様の構成において、ハウジング２８がハウジング２８Ａに置き換えられた構成を備える。
【００６６】
ハウジング２８Ａでは、第１の実施形態における第１ハウジング２８−１が、結晶を励起する励起側ハウジング２８−１ａと、レーザ光を集光する集光側ハウジング２８−１ｂとの２つに分けられている。励起側ハウジング２８−１ａと集光側ハウジング２８−１ｂとは、例えば、繋ぎ部分から不純物が侵入しないように封止材２９３で封止されていてもよい。集光側ハウジング２８−１ｂの先端（燃焼室側）には、第１の実施形態と同様に、第１光学窓２０８が設けられている。そして、窓部材２７Ａを備える第２ハウジング２８−２は、第１実施形態と同様に、励起側ハウジング２８−１ａ及び集光側ハウジング２８−１ｂで構成された第１ハウジングに対して固定される。これにより、例えば、集光側ハウジング２８−１ｂが第２ハウジング２８−２によりカバーされる。
【００６７】
以上のような構成を備えることで、第１の実施形態と同様に、窓部材２７Ａの交換時に大気中に浮遊しているゴミや不純物などから第２集光光学系２４等の光学素子を保護することが可能となるため、汚れた第２光学窓２７１を容易に、かつ、レーザ装置１１に使用されているレンズなどの光学素子が空気中に触れて汚れることなく交換することが可能となる。
【００６８】
なお、その他の構成、動作及び効果は、上述した第１の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６９】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態に係るレーザ装置、点火装置および内燃機関について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付すことで、その重複する説明を省略する。
【００７０】
本実施形態に係る内燃機関は、第１の実施形態において図１を用いて説明した内燃機関と同様であってよい。ただし、本実施形態では、レーザ装置１１が図５に示すレーザ装置１１Ｂに置き換えられる。
【００７１】
＜レーザ装置＞
図５に示すように、本実施形態に係るレーザ装置１１Ｂは、図２に示したレーザ装置１１と同様の構成において、第２ハウジング２８−２が、第１ハウジング２８−１における第１光学窓２０８が取り付けられた面のみをカバーする第２ハウジング２８−２ａに置き換えられた構成を備える。第１ハウジング２８−１と第２ハウジング２８−２ａとの接合部は、例えば封止材２９４で封止されることで、外部からの不純物の侵入が防止されている。
【００７２】
このように、窓部材２７Ａを備える第２ハウジング２８−２ａが第１光学窓２０８が取り付けられた面のみをカバーする構成とすることで、第２ハウジング２８−２ａの取り外しを容易化して交換時の作業性を向上することが可能となる。また、交換部品である２８−２ａの小型化と形状の簡略化が可能であるため、製造コストを下げる事が可能である。なお、第２ハウジング２８−２ａの第１ハウジング２８−１への取り付けは、例えばねじ締め固定などが好ましいが、これに限るものではない。
【００７３】
その他の構成、動作及び効果は、上述した第１の実施形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００７４】
また、上述した実施形態では、第２ハウジング２８−２／２８−２ａに光学窓保持部材２７２を介して第２光学窓２７１を取り付けるよう構成したが、光学窓保持部材２７２を省略して第２ハウジング２８−２／２８−２ａが第２光学窓２７１を保持するよう構成してもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態では、第２ハウジング２８−２／２８−２ａを、燃焼室１４の筐体など、エンジン１０を構成する部材とは異なる部材とした場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、第２ハウジング２８−２／２８−２ａの代わりに燃焼室１４の筐体を使用し、燃焼室１４の筐体に窓部材２７Ａを取り付け、窓部材２７Ａが取り付けられた燃焼室１４の筐体に第１ハウジング２８−１（２８−１ａ及び２８−１ｂ）を取り付ける構成とすることも可能である。
【００７６】
以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更などを行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１０  エンジン（内燃機関）
１１，１１Ａ，１１Ｂ  レーザ装置
１２  燃料噴出機構
１３  排気機構
１４  燃焼室
１５  ピストン
１６  駆動装置
１７  エンジン制御装置
２１  面発光レーザ
２２  第１集光光学系
２２１  マイクロレンズ
２２２  集光レンズ系
２３  光ファイバ
２４  第２集光光学系
２４１  第１レンズ
２４２  第２レンズ
２５  レーザ共振器
２５１  レーザ媒質
２５２  可飽和吸収体
２６  第３集光光学系
２６１  第３レンズ
２６２  第４レンズ
２６３  第５レンズ
２７Ａ  窓部材
２０８  第１光学窓
２７１  第２光学窓
２７２  光学窓保持部材
２８  ハウジング
２８−１  第１ハウジング
２８−１ａ  励起側ハウジング
２８−１ｂ  集光側ハウジング
２８−２，２８−２ａ  第２ハウジング
２９１，２９２，２９３，２９４  封止材
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７８】
【特許文献１】特開２０１６−１０９１２８号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１５８号公報
【特許文献３】特許５７６６２８０号公報
【図１】
2019165087.tif 000003
【図２】
2019165087.tif 000004
【図３】
2019165087.tif 000005
【図４】
2019165087.tif 000006
【図５】
2019165087.tif 000007