(57)【要約】【課題】  レーザ光の強度が変動するのを抑制できる光学窓部材を提供する。【解決手段】  光学窓部材２０８は、レーザ光の入射端面と出射端面を有する光学窓部材において、レーザ光の出射端面に、該レーザ光の波長以下の中心間隔で微細凸構造４００（凸状の構造）が複数設けられている。この場合には、レーザ光の強度が変動するのを抑制可能な光学窓部材を提供できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光の入射側の面と出射側の面を有する光学窓部材において、
前記入射側の面及び前記出射側の面の少なくとも一方に、凸状又は凹状の構造が前記レーザ光の波長以下の中心間隔で複数設けられていることを特徴とする光学窓部材。
【請求項２】
前記構造は、前記入射側から前記出射側へ向かう方向に、断面が徐々に又は段階的に小さくなることを特徴とする請求項１に記載の光学窓部材。
【請求項３】
前記構造は、テーパ形状であることを特徴とする請求項２に記載の光学窓部材。
【請求項４】
前記構造は、凸方向又は凹方向の長さが、最大径よりも長いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学窓部材。
【請求項５】
前記中心間隔は、略一定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学窓部材。
【請求項６】
前記構造は、前記入射側の面及び前記出射側の面の少なくとも一方における前記レーザ光が通過する通過領域内における前記レーザ光の有効ビーム径を最大径とする領域の全域に少なくとも形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学窓部材。
【請求項７】
前記構造は、前記通過領域の全域に少なくとも形成されていることを特徴とする請求項６に記載の光学窓部材。
【請求項８】
サファイアガラスから成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】
前記構造は、反射防止機能を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光学窓部材。
【請求項１０】
レーザ光源を含む光源部と、
前記レーザ光源又は前記光源部からのレーザ光を集光させる光学系と、
前記光学系を介したレーザ光が入射される請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学窓部材と、を備えるレーザ装置。
【請求項１１】
前記光源部は、
レーザ媒質を含むレーザ共振器を更に含み、
前記レーザ光源は、前記レーザ媒質を励起するための励起用光源であることを特徴とする請求項１０に記載のレーザ装置。
【請求項１２】
前記励起用光源は、面発光レーザを含むことを特徴とする請求項１１に記載のレーザ装置。
【請求項１３】
前記励起用光源と前記レーザ共振器との間に、前記励起用光源からの光を前記レーザ共振器に伝送する光伝送部材を更に備えることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のレーザ装置。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のレーザ装置と、
前記レーザ装置のレーザ光源を駆動する駆動部と、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、光学窓部材、レーザ装置、点火装置及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光を出射するレーザ装置は、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。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された、内燃機関の点火装置に用いられるレーザ装置では、光源部からのレーザ光の光路上に光学窓部材が配置されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された光学窓部材等の従来の光学窓部材では、レーザ光の強度が変動するおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、レーザ光の入射側の面と出射側の面を有する光学窓部材において、前記入射側の面及び前記出射側の面の少なくとも一方に、凸状又は凹状の構造が前記レーザ光の波長以下の中心間隔で複数設けられていることを特徴とする光学窓部材である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、レーザ光の強度が変動するのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成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】レーザ装置のレーザ共振器を説明するための図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれレーザ装置の光学窓部材について説明するための図（その１及びその２）である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、それぞれ比較例及び一実施形態の光学窓部材による作用・効果を説明するための図である。
【図６】実施例１の微細凸構造を説明するための図である。
【図７】実施例２の微細凸構造を説明するための図である。
【図８】実施例３の微細凸構造を説明するための図である。
【図９】図９（Ａ）及び図９（Ｂ）は、それぞれ出射端面の微細凸構造形成領域１、２について説明するための図である。
【図１０】図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は、それぞれ出射端面の微細凸構造形成領域３、４について説明するための図である。
【図１１】出射端面の微細凸構造形成領域５について説明するための図である。
【図１２】変形例１の光学窓部材について説明するための図である。
【図１３】図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）は、それぞれ変形例２、３の光学窓部材について説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ変形例４、５の光学窓部材について説明するための図である。
【図１５】変形例６の光学窓部材について説明するための図である。
【図１６】ビームのガウス分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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内にレーザ光を出射する。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）。
【００１１】
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。
【００１２】
なお、エンジン３００は、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。
【００１３】
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、及び駆動装置２１０を有している。
【００１４】
レーザ装置２００は、面発光レーザ２０１、第１集光光学系２０３、光ファイバ２０４、第２集光光学系２０５、レーザ共振器２０６、第３集光光学系２０７、これらを収容する筐体２５０、該筐体２５０に設けられた光学窓部材２０８などを備えている。なお、本明細書では、面発光レーザ２０１からの光の出射方向を＋Ｚ方向として説明する。
【００１５】
面発光レーザ２０１は、垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）である。ここでは、面発光レーザ２０１は、励起用光源であり、複数の発光部を有している。そして、面発光レーザ２０１から光を出射する際には、複数の発光部は、同時に発光される。また、面発光レーザ２０１から出射される光の波長は８０８ｎｍである。面発光レーザ２０１は、駆動装置２１０により駆動される。
【００１６】
なお、面発光レーザは、温度による波長ずれが非常に少ないため、波長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。
【００１７】
Ｑスイッチレーザは、予め励起用光源からの光を照射することで反転分布を増加させ、Ｑスイッチ素子を解除することによりエネルギーを取り出すものであり、高いピークエネルギーを得ることができるという特徴がある。そのような特徴から、Ｑスイッチレーザは、内燃機関における燃焼室内の可燃性混合気の点火装置に応用されている。
【００１８】
第１集光光学系２０３は、集光レンズであり、面発光レーザ２０１から出射された光を集光する。なお、第１集光光学系２０３は、複数の光学素子から構成されていても良い。
【００１９】
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の光ファイバを用いている。
【００２０】
光ファイバ２０４を設けることによって、面発光レーザ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。さらに振動源であるエンジン３００から面発光レーザ２０１を遠ざけることができるため、面発光レーザ２０１の信頼性を高めることが可能である。
【００２１】
光ファイバ２０４に入射した光はコア内を伝播し、コアの＋Ｚ側端面から出射される。
【００２２】
第２集光光学系２０５は、集光レンズであり、光ファイバ２０４から出射された光の光路上に配置され、該光を集光する。なお、光の品質等により、第２集光光学系２０５として、複数の光学素子を用いる場合もある。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。
【００２３】
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。
【００２４】
レーザ媒質２０６ａは、Ｎｄ：ＹＡＧセラミック結晶であり、Ｎｄが１．１％ドープされている。可飽和吸収体２０６ｂは、Ｃｒ：ＹＡＧセラミック結晶であり、初期透過率が３０％のものである。
【００２５】
なお、ここでは、Ｎｄ：ＹＡＧ結晶及びＣｒ：ＹＡＧ結晶は、いずれもセラミックスである。そして、レーザ共振器２０６は、レーザ媒質２０６ａと可飽和吸収体２０６ｂとが接合されている、いわゆるコンポジット結晶である。
【００２６】
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２０１から出射される光の波長（ここでは、８０８ｎｍ）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。
【００２７】
レーザ媒質２０６ａの入射側（−Ｚ側）の面、及び可飽和吸収体２０６ｂの出射側（＋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の出射側の面を「第２の面」ともいう（図３参照）。
【００２８】
そして、第１の面及び第２の面には、面発光レーザ２０１から出射される光の波長（ここでは８０８ｎｍ）、及びレーザ共振器２０６から出射される光の波長（ここでは１０６４ｎｍ）に応じた誘電体多層膜がコーティングされている。
【００２９】
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。
【００３０】
これにより、レーザ共振器２０６内で光が共振し増幅される。ここでは、レーザ共振器２０６の共振器長は１０ｍｍである。
【００３１】
第３集光光学系２０７は、レーザ共振器２０６から出射される光の光路上に配置され、例えば少なくとも１つのレンズで構成されている。この場合に、レンズの光軸方向の位置やレンズの組み合わせによって、点火装置３０１から出射される光の集光位置の調整を行うことができる。
【００３２】
光学窓部材２０８は、第３集光光学系２０７から出射される光の光路上に配置された、透明もしくは半透明の平面視矩形の部材から成る。
【００３３】
また、光学窓部材２０８は、筐体２５０の燃焼室３０４に臨む面に形成された開口の周囲部に該開口を覆うように取り付けられている。第３集光光学系２０７から出射され光学窓部材２０８を透過したレーザ光が、レーザ装置２００から出射されたレーザ光である。
【００３４】
光学窓部材の材料として、高温高圧環境下での耐久性に優れたサファイアガラスが用いられている。
【００３５】
ここで、光学窓部材２０８の出射端面（出射側の面）には、一例として図４（Ａ）に示されるように、凸状の微細構造体（以下では「微細凸構造」とも呼ぶ）４００が入射光の波長（ここでは１０６４ｎｍ）よりも短いピッチＰ（頂点間隔）で複数形成されている。なお、図４（Ａ）では、便宜上、光学窓部材２０８の一部を抜き出して示している。
【００３６】
微細凸構造４００は、一例として、光学窓部材２０８の入射側から出射側に向かう方向（＋Ｚ方向）に、断面が徐々に小さくなる形状（テーパ形状）を有している。
【００３７】
図５（Ａ）に示される、微細凸構造が形成されていない比較例の光学窓部材では、出射端面と燃焼室内の雰囲気との界面での屈折率変化（ｎ２→ｎ１）が急激なため、入射光の該界面での反射率が高くなる。
【００３８】
このため、比較例では、出射端面と燃焼室内の雰囲気との界面からの反射光が光学窓部材内で集光することにより光学窓部材が変質したり、燃焼室内で発生するパーティクルが光学窓部材に付着したり、該反射光がレーザ媒質や励起用光源に戻ることにより、レーザ装置から出射されるレーザ光の強度が変動するおそれがある。
【００３９】
図４（Ｂ）には、本実施形態の光学窓部材２０８の微細凸構造４００と燃焼室３０４内の雰囲気との界面での屈折率ｎの変化が示されている。本実施形態の光学窓部材２０８では、図４（Ｂ）及び図５（Ｂ）から分かるように、屈折率ｎの変化（ｎ２→ｎｋ（＞ｎ１））が小さいため、入射光の該界面での光の反射率を低くすることができる。すなわち、光学窓部材２０８は、反射防止機能を有する。
【００４０】
このため、本実施形態では、上述した光学窓部材２０８の変質及び面発光レーザ２０１への戻り光を抑制できる。また、微細凸構造により光学窓部材表面と燃焼室３０４内で発生する粒子との接触面積を小さくすることができるため、光学窓部材へのパーティクルの付着を抑えることができ、光学窓部材の汚染を防止することができる。結果として、レーザ装置２００から出射されるレーザ光の強度が変動するのを抑制できる。
【００４１】
テーパ形状の微細凸構造４００及びその配列の具体例として、図６に示される実施例１のように、高さ３００ｎｍ、底面の直径が３００ｎｍの円錐形状の微細凸構造４００Ａを３００ｎｍのピッチ（頂点間隔、底面の中心間距離）でハニカム状に配列しても良い。
【００４２】
また、図７に示される実施例２のように、高さ５００ｎｍ、底面の直径が３００ｎｍの円錐形状の微細凸構造４００Ｂを、３００ｎｍのピッチ（頂点間隔、底面の中心間距離）でハニカム状に配列しても良い。この微細凸構造４００Ｂは、上記実施例１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であり、より緩やかな屈折率変化をもたせることができるため、反射率をより低くすることができる。
【００４３】
また、図８に示される実施例３のように、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４００Ｃを、３００ｎｍのピッチ（頂点間隔、底面の中心間距離）で格子状に配列しても良い。実施例３では、微細凸構造４００Ｃ間に隙間がなく、屈折率ｎの変化（ｎ２→ｎｋ（＞ｎ１））を確実に小さくできるため、上記実施例１、２よりも、入射光の界面での反射率を低くすることができる。
【００４４】
上記実施例１〜３の微細凸構造は、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るが、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。
【００４５】
以下に、光学窓部材２０８の出射端面における複数の微細凸構造４００が設けられる領域の具体例である微細凸構造形成領域１〜５について説明する。
【００４６】
微細凸構造形成領域１は、図９（Ａ）に示されるように、出射端面における筐体２５０に接合される矩形枠状の平坦領域の内側の領域であって、出射端面のビーム通過領域を含む領域である。
【００４７】
この場合、出射端面を通過する全てのビームが微細凸構造形成領域１に入射し、該全てのビームの反射率が低下される。また、出射端面に対するビームの通過位置が少しずれても、該全てのビームの反射率が低下される。
【００４８】
微細凸構造形成領域２は、図９（Ｂ）に示されるように、出射端面のビーム通過領域と一致する領域である。
【００４９】
この場合、出射端面を通過する全てのビームが微細凸構造形成領域２に入射し、該全てのビームの反射率が低下される。また、微細凸構造を出射端面におけるビームが通過する範囲にのみ形成すれば良いため、加工範囲を狭くできる。
【００５０】
微細凸構造形成領域３は、図１０（Ａ）に示されるように、出射端面のビーム通過領域に含まれ、かつ出射端面上の有効ビーム径を最大径とする領域を含む領域である。「有効ビーム径」とは、ビーム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１６参照）。
【００５１】
この場合、出射端面を通過するビームのうちレーザ装置２００から出射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ビームが微細凸構造形成領域３に入射し、該全てのビームの反射率が低下される。また、出射端面に対するビーム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ビームの反射率が低下される。また、微細凸構造を強度変動に実質的に影響するビームが通過する範囲にのみ形成すれば良いため、加工範囲をより狭くできる。
【００５２】
微細凸構造形成領域４は、図１０（Ｂ）に示されるように、出射端面上の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。
【００５３】
この場合、出射端面を通過するビームのうちレーザ装置２００から出射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ビームが微細凸構造形成領域３に入射し、該全てのビームの反射率が低下される。また、微細凸構造を有効ビーム径を最大径とする領域内にのみ形成すれば良いため、加工範囲を更により狭くできる。
【００５４】
微細凸構造形成領域５は、図１１に示されるように、出射端面上の有効ビーム径を最大径とする領域の中心を含む該領域に含まれる領域である。
【００５５】
この場合、出射端面を通過するビーム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ビームを含む強度が大きい一部のビームであって、レーザ装置２００から出射される光の強度変動に大きく影響する一部のビームが微細凸構造形成領域３に入射し、該一部のビームの反射率が低下される。また、微細凸構造を有効ビーム径を最大径とする領域よりも小さい範囲にのみ形成すれば良いため、加工範囲を更により一層狭くできる。
【００５６】
以上説明した本実施形態の光学窓部材２０８は、レーザ光の入射端面（入射側の面）と出射端面（出射側の面）を有する光学窓部材において、該出射端面に、該レーザ光の波長以下の中心間隔で微細凸構造（凸状の構造）が複数設けられている。なお、「微細凸構造の中心間隔」は、隣り合う２つの微細凸構造の底面の中心間の距離を意味する。
【００５７】
この場合、光学窓部材２０８の出射端面でのレーザ光の反射が抑制される。
【００５８】
詳述すると、通常、空気と光学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。光学窓部材２０８の出射端面には、レーザ光（入射光）の波長よりも短い中心間隔で微細凸構造が形成されているため、空気と光学窓部材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、光の反射を抑えることができる。この結果、例えば、レーザ光が光学窓部材内部に集光されて光学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できる。
【００５９】
この結果、レーザ光の強度が変動するのを抑制できる。
【００６０】
一方、従来、光学窓部材での反射を低減するために、該光学窓部材での反射防止膜でコートする方法が用いられるが、光学窓部材は燃焼室に臨んで設けられ、約６００℃もの高温に晒されるため、コート材料の多くは変質してしまう。このため、出射端面を反射防止膜でコートすることができなかった。
【００６１】
本実施形態では、光学窓部材２０８の出射端面に微細凸構造が形成されているため、微細凸構造が形成されていない場合に比べ、出射端面での反射を抑えることができる。このように、本実施形態では、光学窓部材２０８の出射端面での反射を該出射端面の構造に工夫を凝らすことにより抑制しているため、光学窓部材の材料が高温、高圧に耐えられるものであれば出射端面でのレーザ光の反射を安定して抑制できる。
【００６２】
また、本実施形態では、微細凸構造により、微細凸構造が無い場合に比べ、光学窓部材２０８の出射端面と燃焼室３０４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、光学窓部材２０８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、光学窓部材２０８の汚染を防止することができる。この場合にも、光学窓部材２０８の透過率の低下を抑制できる。
【００６３】
また、微細凸構造は、入射側から出射側へ向かう方向に、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。
【００６４】
また、微細凸構造の凸方向の長さが、最大径よりも長い場合には、屈折率変化をより緩やかにでき、反射率をより十分に低下させることができる。
【００６５】
また、中心間隔が略一定の場合には、微細凸構造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。
【００６６】
また、レーザ光源としての面発光レーザ２０１及びレーザ共振器２０６を含む光源部と、該レーザ光源からのレーザ光を集光させる光学系と、該光学系を介したレーザ光が入射される光学窓部材２０８と、を備えるレーザ装置２００によれば、安定した強度のビームを出射することができる。
【００６７】
また、レーザ装置２００と、該レーザ装置２００のレーザ光源を駆動する駆動装置２１０と、を備える点火装置によれば、安定した点火を行うことができる。
【００６８】
また、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、燃料に点火するためのレーザ装置２００に記載の点火装置３０１を備えるエンジン３００（内燃機関）によれば、燃料を安定して燃焼させることができる。
【００６９】
なお、光学窓部材に形成される微細凸構造は、入射光の波長よりも短い中心間隔（例えば頂点間隔）で並ぶ凸状の構造であれば良く、形状、大きさ、配列は、上記各実施例に限定されるものではない。
【００７０】
具体的には、微細凸構造は、例えば楕円錐形状、正四角錐形状以外の多角錐形状、円錐台形状、楕円錐台形状、多角錐台形状等のテーパ形状であっても良いし、例えば円柱形状、楕円柱形状、多角柱形状等であっても良い。
【００７１】
また、微細凸構造の縦断面の側部は、湾曲していても良い。
【００７２】
また、微細凸構造は、テーパ形状のように＋Ｚ方向に断面が徐々に小さくなるものに限らず、＋Ｚ方向に断面が段階的に小さくなるもであっても良い。
【００７３】
また、微細凸構造は、互いに形状や大きさが異なっていても良い。
【００７４】
また、微細凸構造の配列形態は規則性を有していなくても良い。
【００７５】
また、微細凸構造の配列ピッチ（中心間隔）は一定でなくても良い。
【００７６】
また、例えば図１２に示される変形例１の光学窓部材３０８のように、出射端面に、微細凸構造に代えて、微細凹構造（凹状の微細構造）を深さｈ、ピッチＰで形成しても良い。具体的には、光学窓部材の基材の一面の複数箇所をエッチングして、複数の微細凹構造を形成しても良い。変形例１でも、上記実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。
【００７７】
また、例えば図１３（Ａ）に示される変形例２の光学窓部材４０８のように、微細凸構造を、出射端面に代えて、入射端面（入射側の面）に深さｈ、ピッチＰで形成しても良い。変形例２では、筐体２５０内の雰囲気と光学窓部材４０８の入射端面との界面での屈折率変化をｎ３→ｎ２よりも緩やかに（ｎ３→ｎｉ（＞ｎ２））できるため、入射端面での反射を抑えることができ、レーザ媒質や励起用光源への戻り光を抑制でき、結果としてレーザ光の強度変動を抑制できる。
【００７８】
また、例えば図１３（Ｂ）に示される変形例３の光学窓部材５０８のように、微細凹構造を、入射端面に深さｈ、ピッチＰで形成しても良い。具体的には、光学窓部材の基材の一面の複数箇所をエッチングして、複数の微細凹構造を形成しても良い。変形例３でも、筐体２５０内の雰囲気と光学窓部材４０８の入射端面との界面での屈折率変化をｎ３→ｎ２よりも緩やかに（ｎ３→ｎｉ（＞ｎ２））できるため、入射端面での反射を抑えることができるため、レーザ媒質や励起用光源への戻り光を抑制でき、結果としてレーザ光の強度変動を抑制できる。
【００７９】
また、例えば図１４（Ａ）に示される変形例４の光学窓部材６０８のように、微細凸構造を、出射端面及び入射端面に深さｈ、ピッチＰで形成しても良い。変形例４では、出射端面及び入射端面での反射を抑えることができるため、光学窓部材の変質及びレーザ媒質や励起用光源への戻り光を抑制でき、結果としてレーザ光の強度変動を格段に抑制できる。
【００８０】
また、例えば図１４（Ｂ）に示される変形例５の光学窓部材７０８のように、微細凹構造を、出射端面及び入射端面に深さｈ、ピッチＰで形成しても良い。具体的には、光学窓部材の基材の両面の複数箇所をエッチングして、該両面に複数の微細凹構造を形成しても良い。変形例５では、出射端面及び入射端面での反射を抑えることができるため、光学窓部材の変質及びレーザ媒質や励起用光源への戻り光を抑制でき、結果としてレーザ光の強度変動を格段に抑制できる。
【００８１】
また、例えば図１５に示される変形例６の光学窓部材８０８のように、微細凹構造を、出射端面及び入射端面に深さｈ、ピッチＰで形成しても良い。ここでは、出射端面及び入射端面には、共通の微細凹構造が形成されている。具体的には、光学窓部材の基材の複数箇所を一面側から他面側に貫通するまでエッチングして、複数の微細凹構造を形成しても良い。変形例６では、出射端面及び入射端面での反射を抑えることができるため、光学窓部材の変質及びレーザ媒質や励起用光源への戻り光を抑制でき、結果としてレーザ光の強度変動を格段に抑制できる。また、光学窓部材の薄型化を図ることもできる。
【００８２】
なお、上記変形例１〜６において、入射端面や出射端面における微細凸構造や微細凹構造が形成される領域は、上述した微細凸構造形成領域１〜６と同様の領域とすることが可能である。
【００８３】
また、上記変形例４、５では、微細凸構造同士や微細凹構造同士の位置が揃っているが、ずれていても良い。
【００８４】
また、光学窓部材は、平面視が矩形に限らず、矩形以外の多角形、円形、楕円形等の他の形状であっても良い。そして、微細凸構造形成領域や微細凸構造形成領域も、円形に限らず、楕円形、多角形等の他の形状であっても良い。
【００８５】
また、上記実施形態では、励起用光源として面発光レーザ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。例えば、端面発光レーザ等の他の光源が用いられても良い。
【００８６】
また、上記実施形態において、面発光レーザ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、前記光ファイバ２０４が設けられなくても良い。
【００８７】
なお、上記実施形態では、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。
【００８８】
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。
【００８９】
また、上記実施形態では、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。
【００９０】
また、上記実施形態では、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。
【００９１】
また、上記実施形態では、光学窓部材がレーザ装置２００、点火装置３０１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）におけるレーザ光の出射窓として用いることができる。
【００９２】
以上の説明から分かるように、本発明の光学窓部材は、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場合に特に有効である。すなわち、本発明の光学窓部材は、あらゆる温度環境下でレーザ光を出射させる窓部材としての用途に広く適用可能である。
【００９３】
以下に、発明者らが、上記実施形態を発案するに至った思考プロセスを説明する。
【００９４】
一般に、レーザ装置を有する点火装置においては、レーザ共振器からのレーザ光が透明窓（光学窓部材）を通して燃焼室内に集光されるが、この透明窓は内燃機関における燃焼の際の高温、高圧からレーザ装置の光学部品を守る役割を果たしている。
【００９５】
ところで、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。従って、放電方式による火花点火の場合、点火プラグの寿命が短いという不都合があった。
【００９６】
それに対して、特許文献１に開示されている点火装置のように、レーザ光を集光することにより点火を行うレーザ点火は、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。
【００９７】
しかしながら、特許文献１に開示されている点火装置では、レーザ共振器からのレーザ光が光学窓部材の出射端面において反射し、その反射光が光学窓部材内部に集光され、光学窓部材を変質させてしまう問題があった。この場合、光学窓部材の透過率が低くなり、レーザ装置の出力が低下する。なお、通常、光学素子の反射を低減するためには反射防止膜をコートする方法が用いられるが、燃焼室に臨んで設けられる光学窓部材は、約６００℃もの高温に晒されるため、コート材料の多くは変質してしまう。このため、出射端面には反射防止膜コートを使用することができない。
【００９８】
また、内燃機関における燃焼の際、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のパーティクルが徐々に光学窓部材の出射端面に付着し、光学窓部材が白濁してしまう問題があった。この場合も、光学窓部材の透過率が低くなり、レーザ装置の出力が低下する。
【００９９】
また、光学窓部材の出射端面での反射光がレーザ媒質や励起用光源へ戻ると、レーザ装置の出力が変動という問題があった。
【０１００】
そこで、発明者らは、以上のような問題を解決するために、上記実施形態を発案するに至った。
【符号の説明】
【０１０１】
２００…レーザ装置、２０１…面発光レーザ（レーザ光源、光源部の一部）、２０３…第１集光光学系（光学系の一部）、２０４…光ファイバ（伝送部材）、２０５…第２集光光学系（光学系の一部）、２０６…レーザ共振器（光源部の一部）、２０６ａ…レーザ媒質、２０６ｂ…可飽和吸収体、２０７…第３集光光学系（光学系の一部）、２０８…光学窓部材、２１０…駆動装置（駆動部）、３００…エンジン（内燃機関）、３０１…点火装置、４００…微細凸構造。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１０２】
【特許文献１】特許第４０２１９５４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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