(57)【要約】  ケーシングを備え、該ケーシング内に配設されたレーザーパルス生成のためのなくとも１つのレーザー装置を有しているレーザーモジュールに関している。本発明によれば、当該レーザーモジュールが少なくとも１つの第１の密封領域と、該第１の密封領域内に少なくとも部分的に設けられる第２の密封領域とを有し、レーザー装置が前記第２の密封領域内部に配設される。
2011501402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング（１１０ａ）を備え、該ケーシング（１１０ａ）内に配設されたレーザーパルス（３００）生成のためのなくとも１つのレーザー装置（１２０）を有しているレーザーモジュール（１１０）において、
前記レーザーモジュール（１００）が少なくとも１つの第１の密封領域（１３０ａ）と、該第１の密封領域（１３０ａ）内に少なくとも部分的に設けられる第２の密封領域（１３０ｂ）とを有し、前記レーザー装置（１２０）が前記第２の密封領域（１３０ｂ）内部に配設されるように構成されていることを特徴とするレーザーモジュール。
【請求項２】
前記第１の密封領域（１３０ａ）と第２の密封領域（１３０ｂ）は、それぞれ異なる密閉度を有している、請求項１記載のレーザーモジュール。
【請求項３】
前記第１の密封領域（１３０ａ）は、次のヘリウム密閉度、すなわち、
2011501402.tif 000009
以下のヘリウム密閉度を有するが、特に、
2011501402.tif 000010
以上のヘリウム密閉度を有する請求項１または２記載のレーザーモジュール。
【請求項４】
前記第２の密封領域（１３０ｂ）は、次のヘリウム密閉度、すなわち
2011501402.tif 000011
以下の密閉度を有する、請求項１から３いずれか１項記載のレーザーモジュール。
【請求項５】
前記レーザー装置（１２０）のみが第２の密封領域１３０ｂ）内に配設されている、請求項１から４いずれか１項記載のレーザーモジュール。
【請求項６】
前記レーザー装置（１２０）に対してさらに付加的に、当該レーザー装置（１２０）に対応付けられる少なくとも１つの光学系が第２の密封領域（１３０ｂ）内部に配設されており、前記光学系は特にレーザー装置（１２０）によって生成されたレーザーパルス（３００）ないしそのビームパスを拡張する拡張光学系である、請求項１から４いずれか１項記載のレーザーモジュール。
【請求項７】
前記第２の密封領域（１３０ｂ）は、第２のケーシング（１１０ｂ）の内部空間によって形成されており、前記第２のケーシング（１１０ｂ）は少なくとも部分的に前記レーザーモジュール（１００）のケーシング（１１０ａ）内部に配設されている、請求項１から６いずれか１項記載のレーザーモジュール。
【請求項８】
前記第２のケーシング（１１０ｂ）は、中空円筒状の基体を有しており、該基体は特に少なくとも１つの端面側において、生成されたレーザーパルス（３００）及び／又はレーザー装置（１２０）に供給されるポンピング光（２００）の波長に対して光学的に透過性の領域を有し、それらは１つ又は複数の窓（１１１ａ，１１１ｂ）の形態を有している、請求項７記載のレーザーモジュール。
【請求項９】
前記光学的に透過性の領域は、ビーム結像用光学系として構成されている、請求項８記載のレーザーモジュール。
【請求項１０】
前記第２のケーシング（１１０ｂ）は、少なくとも部分的にガラス及び／又は金属で形成され、前記金属は、使用されるガラス材料の熱膨張係数に比肩する熱膨張係数を有している、請求項７から９いずれか１項記載のレーザーモジュール。
【請求項１１】
前記第２の密封領域（１３０ｂ）は、真空状態にされているか、又は所定の雰囲気、特に不活性ガスが所定の圧力以下の値を有している、請求項１から１０いずれか１項記載のレーザーモジュール。
【請求項１２】
前記密封領域（１３０ａ，１３０ｂ）のそれぞれの密閉度がレーザーモジュール（１００）作動中の当該密封領域（１３０ａ，１３０ｂ）内で生じるビーム強度に依存して選択されている、請求項１から１１いずれか１項記載のレーザーモジュール。
【請求項１３】
請求項１から１２いずれか１項記載の少なくとも１つのレーザーモジュール（１００）を備えている、内燃機関のための点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーシングを備え、該ケーシング内に配設されたレーザーパルス生成のためのなくとも１つのレーザー装置を有しているレーザーモジュールに関している。
【背景技術】
【０００２】
この種のレーザーモジュールは公知である。このレーザーモジュール内に集積されているレーザー装置は例えばＱスイッチ固体レーザーを有しており、この固体レーザーはポンピング光の印加のもとでレーザーパルスを生成している。
【０００３】
この種のレーザーモジュールの作動中に発生するレーザービームの高いビーム強度は、"レーザーアシストデポジッション"とも称される作用によってレーザー装置の光学的表面の汚染を促す。その結果として、ケーシング内に存在するそれ自体望まれない粒子は、高いビーム強度で照射された表面に析出する。なぜなら粒子がこの表面によって特に引っ張られるからである。このような光学的表面の汚染をできるだけ僅かに抑えるために、従来のレーザーモジュールでは次のようなことが提案されてきた。すなわちレーザーモジュールのケーシングを可及的に気密に構成し、それによって粒子の浸入を弱めることである。
【０００４】
しかしながらこれまでに努力されてきた従来のケーシングの気密性は、特に周辺温度が高い環境や温度変動が激しい環境、あるいはその他の周辺条件、例えば周辺圧力などがめまぐるしく変化するなどの場合にはが非常に複雑で困難となる。特にケーシングが例えば生成されたレーザーパルスの出力結合のために設けられる１つまたはそれ以上の透過性領域を有している場合にはさらに複雑となる。
【０００５】
発明の開示
それに対応すべく本発明の課題は、冒頭に述べたような形式のレーザーモジュールを次のように改善することである。すなわちこれまでの周知システムで慣用されていた従来方式によるケーシング封止手段のためのコストを必要とすることなく、レーザー装置の光学的表面の汚染、特に粒子析出などに起因するレーザー装置光学的表面の品質低下を回避ないしは低減することである。
【０００６】
前記課題は冒頭に述べたような形式の本発明によるレーザーモジュールにおいて、当該レーザーモジュールが少なくとも１つの第１の密封領域と、該第１の密封領域内に少なくとも部分的に設けられる第２の密封領域とを有し、レーザー装置が前記第２の密封領域内部に配設されるように構成されて解決される。
【０００７】
本発明によるこのような手段によれば、少なくとも部分的に縦続接続された２つの密封領域によって、従来システムよりも遙かに向上した密閉作用が得られるだけでなく、生産コストの増加も回避される。
【０００８】
さらに本発明による少なくとも部分的に縦続接続された複数の密封領域を用いた手段によれば、保護すべき構成要素に合わせて密封領域の特性を調整することが容易となる。レーザー装置自体、及び場合によってはそれに所属する最大ビーム強度のための拡張用光学系はレーザーモジュール内部にさらされ、さらにそれに伴って汚染粒子の存在のもとでは前述したようなレーザーアシストデポジッションによる影響を被る可能性が最大であるのに対して、レーザーモジュールと例えば内燃機関の燃焼室の堺となる燃焼室窓の領域におけるレーザービームのビーム強度は著しく低減される。そのためこの燃焼室窓ではレーザーアシストデポジッションによる影響量が著しく少なくなる。
【０００９】
それに対応してさらに本発明による第１の密封領域が設けられる手段によれば、有利にはこの第１の密封領域が例えば既存のレーザーモジュールケーシングによって形成される。このレーザーモジュールの全ての光学的構成要素は比較的低いビーム強度にしかさらされないので、既に第１の密封領域内の配置構成だけでも汚染に対する十分な保護効果が得られる。
【００１０】
高いビーム強度に基づいて特に汚染が生じやすいレーザー装置自体に対しては、有利には、固有の第２の密封領域が設けられ、この第２の密封領域は有利には完全に第１の密封領域内部に収容される。それによりレーザー装置は汚染から二重に保護される。
【００１１】
特に有利には、この本発明の構成によれば、第１の密封領域を実現するレーザーモジュールケーシングに対し、これまでのシステムにおいて慣用されていたように、外的影響、例えば汚染粒子による被害に対する最大限良好な封止を必要とさせることなく、構造的にも僅かなコストで燃焼室窓とその他の構成要素の保護に対して十分な威力を発揮する封止が形成できるようになる。なぜならそれらは比較的僅かなビーム強度にしかされされないからである。
【００１２】
さらに有利には、概ね第１の密封領域よりも良好に封止される第２の密封領域も必ずしも、従来のシステムで周知のようなコストをかけて封止する必要はない。なぜならこの第２の密封領域は既に第１の密封領域によって十分に保護されているからである。この第１の密封領域内では、レーザーモジュールケーシングの外表面よりも低い温度と圧力値しか存在していない。
【００１３】
前記第１の密封領域と第２の密封領域は、本発明のさらに別の有利な変化実施例によれば、それぞれ異なった密閉性を有していてもよい。それにより最適な保護効果の他にもレーザーモジュールの経済的な生産が可能となる。例えば第１の密封領域は、次のヘリウム密閉度、すなわち、
2011501402.tif 000003
以下のヘリウム密閉度であるものとするとよく、特に、
2011501402.tif 000004
以上のヘリウム密閉度であるものとするとよい。それに対して第２の密封領域は、次のヘリウム密閉度、すなわち、
2011501402.tif 000005
以下のヘリウム密閉度であるものとするとよい。
【００１４】
レーザー装置に対してさらに付加的に別の有利な変化実施例によれば、レーザー装置に対応付けられる少なくとも１つの光学系、特に拡張光学系が第２の密封領域に配設され得る。この拡張光学系はレーザー装置によって生成されたレーザーパルスないしそのビームパスを拡張する。
【００１５】
第２の密封領域はさらに別の有利な変化実施例によれば、第２のケーシングの内部空間によって形成され得る。この第２のケーシングは少なくとも部分的にしかしながら有利にはレーザーモジュールのケーシング内部に配設されている。
【００１６】
この第２のケーシングは実質的に中空円筒状の基体を有していてもよい。この基体は特に少なくとも１つの端面側において、生成されたレーザーパルス及び／又はレーザー装置に供給されるポンピング光の波長に対して光学的に透過性の領域を、有利には１つ又は複数の窓の形態で有している。また光学的に透過性の領域はポンピング光を形成するビーム結像用光学系として形成されていてもよい。
【００１７】
前記第２のケーシングはさらに別の有利な実施形態によれば、少なくとも部分的にガラス及び／又は金属からなっていてもよい。この場合の金属は、使用されるガラス材料の熱膨張係数に比肩する熱膨張係数を有する。それにより材料同士の接合箇所において不都合な隙間は生じない。
【００１８】
第２の密封領域に配設された光学的な構成要素の特に良好な保護は、第２の密封領域が真空状態にされているか、若しくは所定の雰囲気（例えば不活性ガス）が所定の圧力以下の値を有している場合に得られる。
【００１９】
基本的に本発明によるレーザーモジュールの非常に経済的な構造は、次のことによって達成される。すなわち密封領域のそれぞれの密閉性がレーザーモジュール作動中の密封領域内で生じるビーム強度に依存して選択されることによって達成される。そのため最も汚染にさらされる敏感な構成要素のみが第２の密封領域によって比較的良好にカプセル化されるだけでよくなり、それに対して別の構成要素は比較的僅かな密封コストをかけるだけで十分である。
【００２０】
本発明によるレーザーモジュールは有利には、自動車の内燃機関、及び／又は固定エンジン、ないしタービンのレーザーベースの点火装置に用いることが可能であり、さらに有利には従来方式のレーザーモジュールではその汚染に対する脆弱性が原因となって十分な耐用年数を有することができなかった全ての作動環境に使用することが可能である。
【００２１】
以下の明細書では本発明のさらなる特徴部分、適用領域及びそれらの利点を、図面に示されている複数の実施例に基づいて説明する。この場合以下に説明するか若しくは図面に示されている全ての特徴部分はそれ自体が本発明の対象であり、あるいは任意の組み合わせにおいても本発明の対象をなす。これらの対象は特許請求の範囲におけるそれらの相互関係若しくは引用関係に依存しているわけではなく、また明細書ないし図面におけるそれらの態様ないし描写にも依存しているわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】本発明によるレーザーモジュールの第１実施例を示した図
【図１Ｂ】本発明によるレーザーモジュールの第２実施例を示した図
【図２】本発明によるレーザーモジュールの第３実施例を示した図
【００２３】
実施例の説明
図１Ａには、本発明によるレーザーモジュール１００の第１実施例が示されている。このレーザーモジュール１００は第１の密封領域１３０ａを有している。この第１の密封領域１３０ａは周辺環境に対して予め定められた密閉効果を有しており、それによって周辺からレーザーモジュール１００内部への粒子の浸入が防がれている。
【００２４】
本発明によれば前記第１の密封領域１３０ａは、第１のケーシング１１０ａによって実現されており、この第１のケーシング１１０ａは、本発明によるレーザーモジュールのさらなる別の構成要素を有利には至るところで取り囲んでいる。前記第１のケーシング１１０ａは第１の端部領域１００ａにおいて光学的に透過性の領域を有しており、これはポンピングされた光２００（以下ではポンピング光とも称する）を第１の密封領域１３０ａ内へ入射させるようにするためである。このポンピング光２００は、主にレーザーモジュール１００内に含まれているレーザー装置１２０のパッシブＱスイッチ固体レーザーの光学的ポンピングのために必要である。これによってポンピング光２００の印加のもとでレーザーパルスが生成され、このレーザーパルスは図１Ａにおいて矢印３００で表されている。
【００２５】
相応に前記第１のケーシング１１０ａは第２の端部領域１００ｂにおいても光学的に透過性の領域を有しており、この透過性領域はレーザーモジュール１００からのレーザービーム３００の出射ないし出力結合を可能にしている。
【００２６】
図面には詳細に描写されていない前述の光学的透過性の領域は、例えば並行した平面的表面を有するレーザー窓によって形成されていてもよいし、集束光学系か若しくはこれらの組み合わせによって形成されていてもよい。図１Ａに示されているレーザーモジュール１００を自動車の点火装置に適用する際には、第２の端部領域１００ｂにおいて特殊な燃焼室窓か又は、レーザービーム３００を内燃機関の燃焼室内へ入射及び／又は集束させ得るいわゆるレンズ窓が設けられていてもよい。
【００２７】
本発明によれば、前述した第１の密封領域１３０ａを形成する第１のケーシング１１０ａの他にも、さらに第２の密封領域１３０ｂが設けられる。この第２の密封領域１３０ｂは、本発明によれば別個の第２のケーシング１１０ｂによって形成されており、この第２のケーシング１１０ｂは図１Ａでは完全に第１の密封領域１３０ａ内部に配設されている。それにより本発明によれば有利には、この第２のケーシング１１０ｂは第１のケーシング１１０ａよりも少ない汚染にしかさらされない。つまり既に第１の密封領域１３０ａ内に到達している粒子に起因する粒子析出にしか係わらない。
【００２８】
特に有利には、この本発明による構成によって、第１の密封領域１３０ａを実現しているレーザーモジュール１００のケーシング１１０ａは、これまでの従来システムにおいてなされていたような外的影響、例えば汚染粒子の浸入などに対する最良の密封を施す必要はなくなり、構造的に少ないコストの密封、すなわち比較的僅かなビーム強度にしかさらされない構成要素や燃焼室窓の保護に十分な密封を行うだけでよくなる。
【００２９】
有利には概ね良好に密封される第２の密封領域１３０ｂも必ずしも従来のシステムで公知のようなコストをかけて密封する必要はない。なぜならこの第２の密封領域１３０ｂも既に第１の密封領域１３０ａによって十分に保護されており、この第１の密封領域１３０ａにおいては、レーザーモジュール１００の第１のケーシング１１０ａの外表面よりも僅かな温度と圧力値しか存在していないからである。
【００３０】
前記第１の密封領域１３０ａと第２の密封領域１３０ｂは、別の有利な実施形態によれば、それぞれが異なる密閉度を有し、そのため最適な保護効果の他にもレーザーモジュール１００の経済性に富んだ製造が可能となる。例えば第１の密封領域１３０ａは、概ね次のヘリウム密閉度、すなわち、
2011501402.tif 000006
以下のヘリウム密閉度を有するが、しかしながら有利には概ね
2011501402.tif 000007
以上のヘリウム密閉度を有するものとするとよい。それに対して第２の密封領域１３０ｂは、概ね次のヘリウム密閉度、すなわち
2011501402.tif 000008
以下の密閉度を有する。
【００３１】
レーザー装置１２０に対してさらに付加的に本発明のさらに有利な変化実施例によれば、図１Ａに描写されている、レーザー装置１２０に対応付けられる少なくとも１つの光学系１４０が第２の密封領域１３０ｂ内に配設され得る。本発明によれば、この光学系は拡張光学系１４０であり、これはレーザー装置１２０によって生成されたレーザービーム３００ないしそのビームパスを拡張し、それに応じて比較的高いビーム強度にさらされる。
【００３２】
第２のケーシング１１０ｂは図示されているように実質的に中空円筒状の基体を有している。この基体の端面側は本発明によればレーザー窓１１１ａ，１１１ｂとして形成されている光学的に透過性の領域を有しており、これらの領域はポンピング光２００をレーザー装置１２０に伝送し、さらに第２のケーシング１１０ｂからレーザーパルス３００を出射させるようにするためである。
【００３３】
これに対しては代替的若しくは補足的にそれぞれの透過性領域１１１ａ，１１１ｂはビーム結像光学系として形成されてもよい。これは例えばレーザー装置１２０に入射するポンピング光２００を形成し、それによってポンピングされるモードボリュームの最適化を可能にするためである。
【００３４】
第２のケーシング１１０ｂは本発明によれば様々な材料から成っており、それらは想定されるレーザーモジュール１００の使用領域に対する温度及び／または圧力に強い密閉すべきケーシング１１０ｂの形成を可能にしている。有利には詳細には示していない中空円筒状の基体に対する金属及び／またはガラスとレーザー窓１１１ａ，１１１ｂに対する特殊なレーザーガラスが用いられる。この場合金属、使用されるガラス材料の熱膨張係数に比肩する熱膨張係数を有するように選択される。それにより、複数の材料間の接合箇所において密閉効果に影響を及ぼす隙間は生じない。特にＤＩＮ１７７４５に準拠した金属材料、例えば材料ナンバー１，３９８１、１３９２２，１３９２０が使用され得る。
【００３５】
ガラスと金属の間の接合機構として特に蝋付け及び／又は接着剤及び／又は溶接が挙げられる。
【００３６】
第２のケーシング１１０ｂの形成においては有利には存在する技術と製造方法、例えば真空ないし管技術が用いられる。光学的構成要素１２０，１４０の第２のケーシング１１０ｂにおける支持は、図１Ａに示されているように詳細には示されていない支持要素によって行われてもよい。この支持は例えば従来のようなガラス／金属による実施で形成されるかまたは形状結合的な金属支持で形成されてもよい。
【００３７】
第２の密封領域１３０ｂ内に配設される光学的構成要素１２０，１４０の特に良好な保護は、当該第２の密封領域１３０ｂが真空にされるか若しくは所定の雰囲気、特に活性ガスが所定の圧力値を有する場合に達成される。この圧力値は相応の空間条件のもとでの製造のもとで形成可能である。
【００３８】
基本的に本発明によるレーザーモジュール１００の非常に経済的な構造は、次のことによって達成される。すなわち密封領域１３０ａ，１３０ｂのそれぞれの密閉性がレーザーモジュール１００の作動中の密封領域１３０ａ，１３０ｂ内で生じるビーム強度に依存して選択されることによって達成される。
【００３９】
総じてこのようにして従来のレーザーモジュールにおける場合よりも少ない構造的コストを用いることで光学的構成要素、特にレーザー装置１２０の表面の良好な保護が実現できる。本発明によれば、２つの縦続接続された密封領域１３０ａ，１３０ｂによって汚染に対する二重の保護が実現できる。
【００４０】
同時に次のような光学的表面、例えば端部領域１００ｂにおける図示されていない燃焼室窓の表面はレーザー装置１２０に比べてレーザービームの比較的低いビーム強度にしかさらされない。にも係わらず第１のケーシング１１０ａによって効果的に保護される。但し従来技法で行われていたように密閉的に封止される必要はない。
【００４１】
図１Ｂには本発明によるレーザーモジュール１００のさらに別の実施形態が示されており、ここではレーザー装置１２０のみが第２の密封領域１３０ｂ内部に配設されている。それに対応する拡張光学系１４０は第１の密封領域１３０ａ内に配設されている。
【００４２】
図２には本発明によるレーザーモジュール１００のさらに別の実施形態が示されており、ここでは第２の密封領域１３０ｂを実現している第２のケーシング１１０ｂが第１のケーシング１１０ａと十分に接合されている。そのため比較的小さな第１の密封領域１３０ａが実現されている。この第１の密封領域１３０ａは本発明によれば、燃焼室窓１５０と第２のケーシング１１０ｂの第２の端部領域との間に配設されている。
【００４３】
図２によれば第２のケーシング１１０ｂはその第２の端部領域において集束光学系１１１ｃを有している。この集束光学系は、第２のケーシング１１０ｂを端面側にて密封すると同時に、レーザー装置１２０によって生成されたレーザービーム３００を燃焼室窓１５０を貫通して図には示されていないレーザーモジュール１００外の焦点に集束させている。
【００４４】
第１のケーシング１１０ａはその第１の端部領域１００ａにおいて、図には示されていない光導波路装置のための貫通孔部を有している。この貫通孔部は、レーザー装置１２０に、レーザー窓１１１ｄを貫通してポンピング光２００を供給している。この領域においては第２のケーシング１１０ｂはそれに応じた第１のケーシング１１０ａによる保護はなされていない。つまり図１Ａ、図１Ｂに関連して説明してきた前述の本発明の実施形態とは異なって、当該図２によるレーザーモジュール１００では、第２の密封領域１３０ｂないし該第２の密封領域１３０ｂを実現する第２のケーシング１１０ｂが、完全に第１のケーシング１１０ａ内に集積されているわけではない。それにも係わらず図２による本発明の変化実施例においても、有利には光学的構成要素の汚染からの良好な保護効果が得られる。
【図１Ａ】
2011501402.tif 000012
【図１Ｂ】
2011501402.tif 000013
【図２】
2011501402.tif 000014
【国際調査報告】
2011501402.tif 000015
2011501402.tif 000016
2011501402.tif 000017
2011501402.tif 000018
2011501402.tif 000019
2011501402.tif 000020