(57)【要約】【課題】環境温度の高い場所においても精度の低下を抑制する光源ユニットの提供。【解決手段】複数のレンズ２５が２次元的に配置されたレンズアレイ２３と、複数の発光部２１を支持する素子基板部２２とを備えた光源ユニットであって、レンズアレイ２３は、レンズ２５を保持するレンズ基板部２６を有し、レンズ基板部２６は、素子基板部２２と線膨張係数が略同一である光源ユニット１０。【選択図】図２
2017152677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズが２次元的に配置されたレンズアレイと、複数の発光部を支持する素子基板部とを備えた光源ユニットであって、
前記レンズアレイは、前記レンズを保持するレンズ基板部を有し、
前記レンズ基板部は、前記素子基板部と線膨張係数が略同一である光源ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の光源ユニットであって、
前記レンズの線膨張係数と前記レンズ基板部の線膨張係数とが異なることを特徴とする光源ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレンズアレイであって、
前記複数のレンズは、互いに微小間隔だけ離間した境界領域を有し、前記レンズ基板に保持されることを特徴とする光源ユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載の光源ユニットであって、
前記光源の発光部と前記複数のレンズとが１対１で対向して配置されることを特徴とする光源ユニット。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載の光源ユニットであって、
前記複数の発光部の光軸と一致するように前記複数のレンズを備えたことを特徴とする光源ユニット。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載の光源ユニットであって、
前記素子基板部の線膨張係数とレンズ基板部の線膨張係数との差と、前記レンズアレイ中心と当該中心から最も離れたレンズの中心までの距離と、環境温度の温度差と、の積がレンズの光軸ずれ公差以下であることを特徴とする光源ユニット。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つに記載の光源ユニットであって、
前記レンズの最表面に形成された第１反射防止膜を有することを特徴とする光源ユニット。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１つに記載の光源ユニットであって、
前記レンズと前記レンズ基板との間に形成された第２反射防止膜を有することを特徴とする光源ユニット。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１つに記載の光源ユニットであって、
前記レンズに互いに対向して配置された単素子と、前記単素子を一体に備えた素子基板部とを備える光源と、
前記レンズ基板部と前記素子基板部とを互いに固定するための固定部と、を有することを特徴とする光源ユニット。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１つに記載の光源ユニットであって、
前記レンズは、前記複数の光源に対向して凸状に配置されることを特徴とする光源ユニット。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の光源ユニットと、
前記光源ユニットからの励起光を集光する集光レンズと、を有することを特徴とする光源モジュール。
【請求項１２】
請求項８乃至１０の何れか１つに記載の光源モジュールと、
前記光源ユニットから出射した励起光を吸収するレーザ共振器を有することを特徴とするレーザ点火装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のレーザ点火装置であって、
前記光源モジュールと前記レーザ共振器との間に配置され、前記励起光を伝送する光伝送路を有することを特徴とするレーザ点火装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載のレーザー点火装置であって、
前記レーザー共振器の入射口へと前記励起光を集光するための集光光学系を有することを特徴とするレーザ点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源ユニット、光源モジュール、レーザ点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光が入射もしくは出射される光学素子を用いる際に、当該光学素子への光の利用効率を向上するために、複数のレンズを光学素子に対向して配置した光源ユニットが知られている（例えば特許文献１、２等参照）。
こうした光源ユニットに用いられるレンズアレイは、光学素子と、レンズアレイを構成するレンズとの位置がずれてしまうと、光の利用効率が悪化するため、特に外部からの熱によって温度が高い場所での使用には適していなかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、環境温度の高い場所においても精度の低下を抑制する光源ユニットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題を解決するための手段として本発明の光源ユニットは、複数のレンズが２次元的に配置されたレンズアレイと、複数の発光部を支持する素子基板部とを備えた光源ユニットであって、前記レンズアレイは、前記レンズを保持するレンズ基板部を有し、前記レンズ基板部は、前記素子基板部と線膨張係数が略同一である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、環境温度の高い場所においても精度の低下を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】本発明の実施形態にかかるレーザ点火システムの全体構成の一例を示す図である。
【図１Ｂ】本発明におけるレーザ点火装置の構成の一例を示す拡大図である。
【図２】図１に示したマイクロレンズユニットの構成の一例を示す平面図である。
【図３】図１に示した光伝送路の構成の一例を示す平面図である。
【図４】図１に示した光増幅部の構成の一例を示す平面図である。
【図５】マイクロレンズの形成過程の一例について模式的に示した図である。
【図６】マイクロレンズの製造方法の一例を示す図である。
【図７】マイクロレンズユニットの従来例を示す平面図である。
【図８】図７に示す従来例の熱膨張による影響を示す平面図である。
【図９】図８に示した熱膨張時の焦点のずれを示す図である。
【図１０】マイクロレンズの構成の他の変形例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明にかかる第１の実施形態として、図１Ａ、図１Ｂにレーザー点火装置たるレーザ点火プラグ１００を用いたレーザ点火システム５００を示す。
レーザ点火システム５００は、燃焼室７００に向けてレーザ光Ｌを集光して入射させることで点火するレーザ点火プラグ１００と、レーザ点火プラグ１００を駆動するための駆動装置４００と、駆動装置４００を制御するための制御装置３００と、を有している。
レーザ点火システム５００は、図１中の上下動によって燃焼室７００の体積を周期的に変化させるピストン７０１と、ピストン７０１とピストンリング７０２を介して当接して燃焼室７００を構成するシリンダ７０３と、を有している。
レーザ点火システム５００は、燃焼室７００に燃料を供給するための吸気弁及び吸気ポートと、燃焼室７００から燃焼後の燃料を排出するための排気弁及び排気ポートと、を有している。
燃焼室７００は、一例としてエンジン等の内燃機関の燃焼室である。なお、かかる構成のうち、内燃機関として既知の構成については、説明を省略する。
【０００８】
レーザ点火プラグ１００は、図１Ｂに示すように、レーザ光Ｌを射出するための光源ユニットたるレーザ光源ユニット１０と、レーザ光源ユニット１０から出射されたレーザ光Ｌを集光する集光光学系２０と、光伝送路３０と、光増幅部４０と、を有している。
レーザ点火プラグ１００は、光増幅部４０によって増幅されたレーザ光Ｌを燃焼室７００内の集光位置Ｐに集光するための集光レンズ５０と、集光レンズ５０と燃焼室７００との間に設けられた出射窓６０と、を有している。
かかるレーザ点火プラグ１００は、光源から出射されたレーザ光Ｌを集光位置Ｐに集光するための光学系とを備えた光源モジュールとしての機能を有している。
【０００９】
駆動装置４００は、本実施形態ではレーザ光源ユニット１０を駆動するためのＬＤドライバであり、制御装置３００からの指示に基づいてレーザ光源ユニット１０を駆動してレーザ光Ｌを射出する。
【００１０】
レーザ光源ユニット１０は、図２に示すように、Ｚ方向にレーザ光Ｌを出射する単素子としての発光部２１と、複数の発光部２１が平面上に並べて一体に配置された素子基板部たるレーザ基板部２２と、を有している。レーザ基板部２２と発光部２１とは一体に形成され、ＶＣＳＥＬ素子、言い換えると面発光レーザ素子を構成して、光源としての機能を有している。
レーザ光源ユニット１０は、レーザ基板部２２に対向して配置され、レーザ基板部２２と固定部２４によって結着されたレンズアレイ２３を有している。
すなわちレーザ光源ユニット１０は、本実施形態において面発光レーザ素子とマイクロレンズアレイとを備える光源ユニットである。
なお、以降の説明において、レーザ光Ｌが射出される方向をＺ方向、Ｚ方向に垂直な方向のうち、図２の紙面に垂直な方向をＹ方向、Ｚ方向とＹ方向とに垂直な方向をＸ方向とする。
【００１１】
レンズアレイ２３は、発光部２１のそれぞれに１対１で対向して設けられたレンズ２５と、レンズ２５を保持するために設けられたレンズ基板部２６と、を有している。
レンズアレイ２３は、レンズ２５の最表層すなわち−Ｚ方向側の表面に形成された第１反射防止層２７と、レンズ２５とレンズ基板部２６との間に形成された第２反射防止層２８と、レンズ基板部２６の出射側の面に形成された第３反射防止層２９とを有している。
なお、本実施形態では第１反射防止層２７と、第２反射防止層２８と第３反射防止層２９とを有する構成について述べるが、かかる構成に限定されるものではない。第１反射防止層２７と第２反射防止層２８と第３反射防止層２９とは、３つすべてを形成する必要はなく、このうちの何れか１つ、あるいは２つでも良いし、すべて無くとも良い。
【００１２】
発光部２１は、φ９のＧａＡｓ製のレーザ基板部２２の＋Ｚ側の面に一体に備えられ、垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）を構成する。
レーザ基板部２２は、絶対温度３００Ｋ（約２７℃）における線膨張係数が６．８６×１０−６ ／ＫのＧａＡｓ基板である。
【００１３】
レンズ基板部２６は、レーザ光Ｌを透過するガラス製のレンズ基板である。
レンズ基板部２６は、レーザ光源ユニット１０の使用される環境温度である−３０℃〜＋７０℃の温度範囲の間での平均熱線膨張係数が、レーザ基板部２２の線膨張係数と合うように、すなわち６．８〜６．９×１０−６／Ｋの範囲に収まることが望ましい。
かかる線膨張係数を満たすガラス材料としては、例えば、Ｎ−ＢＡＦ５２（ＳＣＨＯＴＴ製）、Ｓ―ＢＡＨ１１、Ｓ―ＢＡＨ３２、Ｓ―ＮＢＨ５３（何れもオハラ製）、ＢＡＣＤ１８、ＴＡＦＤ３０、ＴＡＦＤ３３、ＴＡＦＤ３７、ＬＡＣ７、Ｍ−ＬＡＣ１３０（何れもＨＯＹＡ製）が挙げられる。
【００１４】
レンズ２５は、本実施形態では−Ｚ方向に凸の、正のパワーを有する合成石英ガラス製のレンズである。かかる合成石英ガラスは、線膨張係数０．４７×１０−６／Ｋである。
なお、レンズ２５の材料としては、合成石英ガラス以外にも、ネオセラムＮ−０（日本電子硝子製）、ＴＥＭＰＡＸ  Ｆｌｏｒａｔ（登録商標、ＳＣＨＯＴＴ製）などの硼珪酸ガラスのようなガラス材料を用いても良い。
また、互いに隣合うレンズ２５は、微小間隔ｄだけ離れて配置されている。すなわち、複数のレンズ２５は、互いに分離した態様で配置されている。
【００１５】
レンズ２５は、当該レンズ２５のレンズ光軸Ｏが、対向する発光部２１の出射するレーザ光（図２では特にレーザ光Ｌ１と表記）の光軸中心と一致するように配置されている。また、レンズ２５の焦点は、面発光レーザ２１の発光点に合うように、基板間距離ｚ１を調整して配置されている。
すなわち、レンズ２５は、光源の光軸に一致するように対向して配置されている。
レンズアレイ２３は、かかる構成により、対向する発光部２１から出射されるレーザ光Ｌ１を平行光として出射する。
【００１６】
固定部２４は、レンズ基板部２６とレーザ基板部２２とを結着するための紫外線硬化樹脂である。
【００１７】
第１反射防止層２７は、レーザ光Ｌがレンズ２５に入射する際の表面反射光を抑制するための反射防止膜である。なお、第１反射防止層２７は、複数の層が重なり合って形成された多層膜であっても良い。かかる反射防止膜としては、例えば誘電体多層膜や、ＭｇＦ２薄膜が挙げられる。
【００１８】
かかる反射防止膜の効果についてさらに詳しく述べる。
屈折率の異なる２つの物質の界面では、透過する光の一部が反射する。また一般には、２つの物質の間の屈折率の差が大きい程、反射する光の量は多くなる傾向が知られている。
ここで、レンズ２５へと入射するレーザ光Ｌが反射されると、レンズアレイ２３を透過する光量は、反射量に応じて当然少なくなり、消費電力の増加や発光部２１の寿命低下が生じる。
また、反射光が発光部２１へと再度入射してしまうと、レーザ発振が不安定になって、レーザ光源ユニット１０からの出力が安定しないという問題も考えられる。
【００１９】
そこで、本実施形態では、レンズ２５の−Ｚ側の表面に、空気の屈折率（約１．０）とレンズ２５を構成する合成石英ガラスの屈折率（波長にも拠るが約１．５）との中間程度の屈折率を有する第１反射防止層２７が形成されている。
レンズアレイ２３は、かかる構成により、入射したレーザ光Ｌが発光部２１へと反射してしまうことを抑制して、光の利用効率を向上する。なお、ここでは第１反射防止層２７の屈折率を調整することで反射光を抑制するとしたが、反射光を抑制する目的において、第１反射防止層２７の材質などは特に限定されるものではない。
【００２０】
第２反射防止層２８は、レンズ２５とレンズアレイ２３との界面における反射光を抑制するための反射防止膜である。第２反射防止層２８は、レンズ２５を構成する材料とレンズ基板部２６を構成する材料との中間程度の屈折率をもつ酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いることが望ましいが、第１反射防止層２７において挙げた材料を用いても良い。
また、第１反射防止層２７と、第２反射防止層２８との成膜方法については、特に限定されるものではないが、電子ビーム蒸着などが用いられる。
レンズアレイ２３は、かかる構成により、入射したレーザ光Ｌが発光部２１へと反射してしまうことをさらに抑制する。
なお、第３反射防止層２９の構成は第１反射防止層２７、第２反射防止層２８と同様であるため説明を省略する。
【００２１】
集光光学系２０は、レーザ光源ユニット１０から出射された光を集光して、光伝送路３０へ向けて出射する集光レンズである。集光光学系２０は、少なくとも１つのレンズを用いて形成された集光光学系であれば良く、その構成は特に限定されない。
【００２２】
光伝送路３０は、図３に示すように、入射口３０ａに入射した光を出射口３０ｂへと伝送する光ファイバ３１と、出射口３０ｂからの光を平行光へと変化させるコリメートレンズ３２と、を有している。光伝送路３０は、コリメートレンズ３２によって平行光となったレーザ光Ｌを集光して光増幅部４０へと入射させる集光レンズ３３を有している。
なお、本実施形態では、光伝送路３０が光ファイバ、コリメートレンズ、集光レンズを組み合わせることで構成される光学系であるとしたが、集光光学系２０からのレーザ光Ｌを光増幅部４０へと入射させる構成であれば良い。
【００２３】
光増幅部４０は、レーザ光Ｌを励起光として入射されることで内部のレーザ媒質４１と可飽和吸収体４２とがＱスイッチレーザ発振器として働いて利得の大きいパルスレーザＬ’を射出するＱスイッチレーザ共振器である。
光増幅部４０は、図４に示すように、レーザ媒質４１と、可飽和吸収体４２と、−Ｚ方向端部に形成された第１誘電体多層膜４３と、＋Ｚ方向端部に形成された第２誘電体多層膜４４と、を有している。
光増幅部４０は、レーザ媒質４１と可飽和吸収体４２とが接合され、一体に形成されたコンポジット結晶であり、入射側にレーザ媒質４１が、出射側に可飽和吸収体４２が、それぞれ配置されている。
レーザ媒質４１の入射側、すなわち図４における−Ｚ方向側の端部と、可飽和吸収体４２の＋Ｚ方向側の端部と、は光学研磨され、さらに第１誘電体多層膜４３と第２誘電体多層膜４４とがそれぞれ成膜されている。
かかる構成により、光増幅部４０の±Ｚ方向の両端部は、内部で励起されたパルスレーザＬ’を対向して反射するミラー面としての機能を有している。
【００２４】
レーザ媒質４１は、Ｎｄが１．１％ドープされたＮｄ：ＹＡＧ結晶である。
可飽和吸収体４２は、Ｃｒ：ＹＡＧ結晶であり、初期透過率は３０％程度である。
第１誘電体多層膜４３は、レーザ光Ｌの波長に対して高い透過性を示し、レーザ媒質４１の射出するパルスレーザＬ’の波長１０６４ｎｍに対しては高い反射率を示すコーティングである。
また、第２誘電体多層膜４４は、波長１０６４ｎｍのパルスレーザＬ’に対して３０〜８０％の反射率を示すコーティングである。
このように±Ｚ方向の両端に異なる誘電体多層膜を成膜する構成により、光増幅部４０は、より効率よく内部で励起されたパルスレーザＬ’を対向して反射する。
【００２５】
レーザ光Ｌは、レーザ媒質４１に入射するとともに励起して、反転状態を作り出す。
可飽和吸収体４２は、受動的Ｑスイッチとしての機能を有している。すなわち、パルスレーザＬ’の光量が所定値未満の時には吸収体としてはたらき、所定値以上になったときにパルスレーザＬ’を出射光として透過する。
かかる構成により、光増幅部４０内に入射したレーザ光Ｌは、共振して増幅されたパルスレーザＬ’として出射される。
【００２６】
光増幅部４０から出射されたパルスレーザＬ’は、集光レンズ５０によって照射位置Ｐへ向けて集光されて燃焼室７００の内部で混合気に点火する。
【００２７】
ところで、かかるレーザ点火プラグ１００において、混合気への点火を効率よく行うために、発光部２１あたりの出力の向上が求められている。
しかしながら、発光部２１の出力の向上は、レーザ光源ユニット１０から発生する熱の増大を招いてしまうという問題があった。
また、本実施形態のようにレーザ点火プラグ１００は内燃機関の燃焼室７００近傍に配置されることが多く、外部からの熱による環境温度の変化も大きい。
【００２８】
従来例として図７に示すレーザ光源７０のように、レンズアレイ７３とレンズ７５とが一体形成された構成を考える。
かかる構成のレーザ光源７０を環境温度の高い状態で使用すると、図８に示すように、レンズアレイ７３と、レーザ基板７２との間の線膨張係数の差によって、レンズ７５のレンズ光軸Ｏと、レーザ光Ｌ１の光軸中心との間にずれが生じるおそれがある。
具体的に、ＧａＡｓ基板であるレーザ基板７２の大きさ、形状をφ９ｍｍの円形とし、環境温度が２０℃から５０℃まで変化したとして、レーザ基板７２の＋Ｘ方向外周部での変位量ΔＬ７２を求める。なお、以下の説明においては、簡単のため特に部材の変位量ΔＬを示すときには、かかる部材の番号を下付文字で付番することとする。
【００２９】
【数１】
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【００３０】
同様に、合成石英ガラスの線膨張係数は４×１０−７(／Ｋ）であるから、レンズアレイ７３の熱膨張の変位量ΔＬ７３は数式２で表される。
【００３１】
【数２】
2017152677.tif 000004
【００３２】
このように、環境温度が３０℃上昇すると、外周部において面発光レーザ素子７１とレンズアレイ７３との間で約０．９μｍ程のずれが生じてしまう。
このようなずれによってレンズ７５のレンズ光軸とレーザ光Ｌ１の光軸中心とが一致しなくなると、図８に一点鎖線で模式的に示すように、レンズ７５によるコリメート状態を維持できずに、集光光学系２０の焦点に集まるレーザ光Ｌの一部が発散する。
かかる集光点のずれの一例を、わかりやすくなるように誇張して示したのが図９の実線と破線とで示した図である。このように、レンズ光軸と発光点とのずれによって、レーザ光Ｌが集光光学系２０の焦点において集光されづらくなる。
言い換えると、レーザ光源７０から出射されるレーザ光Ｌの利用効率が低下してしまう。かかる利用効率の低下は、言い換えると光増幅部４０における励起光の光量低下につながり、パルスレーザＬ’を安定して放射することが困難になってしまう。
【００３３】
また、単にレンズアレイ７３をレーザ基板７２の線膨張係数に合うような材質とするだけでは、選択可能なレンズアレイ７３の屈折率に制限がかかることとなり、レーザ光源７０を設計する上での大きな制約となってしまう問題がある。さらに、屈折率の良い光学用途に用いられるガラス材料の多くは、ドライエッチングによる加工性が悪く、精度のよいマイクロレンズの作成が難しい。
【００３４】
そこで、本実施形態では、レンズアレイ２３は、レンズ２５を保持し、レーザ基板部２２と線膨張係数が略同一のレンズ基板部２６を有している。
なお、ここで線膨張係数が「略同一」とは、レンズアレイ２３の用いられる環境温度の範囲内において、熱膨張によって生じうる変位量ΔＬ２３と変位量ΔＬ２２との差が、レンズ２５の有効径と比べて十分に小さいといえる程度に同一であることをいう。  かかる構成により、レンズ２５のレンズ光軸Ｏと発光部２１の光軸中心とのずれを抑制して、レーザ光Ｌのコリメート状態が維持される。
かかる構成により、レーザ光源ユニット１０は、環境温度の高い場所においても光の利用効率の低下を抑制するから、精度の低下が抑制される。
【００３５】
具体的には、レンズ基板部２６の線膨張係数をαlens、レーザ基板部２２の線膨張係数αbase、レンズ基板部２６の中心Ｃと中心Ｃから最も離れたレンズ２５との距離Ｌ、環境温度の温度差ΔＴ、レンズ２５の光軸ズレの公差Δｄとしたとき、式（１）を満たしている。
例えばＬ＝４．５[ｍｍ]、ΔＴ＝３０[Ｋ]、Δｄ＝０．１[μｍ]の設計をした場合、レーザ基板部２２がＧａＡｓ基板であるなら、αbase＝６．８６×１０−６[／Ｋ]であるから、６．１２≦αlens≦７．６０[×１０−６／Ｋ]の範囲内に収めることが望ましい。
線膨張係数αlensは、光軸ズレの公差Δｄが大きくなるほど取れる値の範囲が広がり、Δｄ＝０．５μｍのとき３．１６≦αlens≦１０．５６[×１０−６／Ｋ]、Δｄ＝０．８μｍのとき０．９３≦αlens≦１２．７８[×１０−６／Ｋ]である。
【００３６】
【数３】
2017152677.tif 000005
【００３７】
他方、線膨張係数αlensは、使用する環境温度の温度差ΔＴが増加するほど取れる値の範囲が狭くなり、ΔＴ＝５０[Ｋ]のとき６．４２≦αlens≦７．３０[×１０−６／Ｋ]である。同様に、ΔＴ＝１００[Ｋ]のとき、６．６４≦αlens≦７．０８[×１０−６／Ｋ]である。また、距離ＬはＶＣＳＥＬ素子のサイズに依存して決まるが、Ｌ＝９ｍｍのときは６．４９≦αlens≦７．２３[×１０−６／Ｋ]、Ｌ＝１８ｍｍのときは６．６７≦αlens≦７．０５[×１０−６／Ｋ]、となるように、レーザ基板部２２のサイズが大きいほど選択可能な線膨張係数の幅は狭くなる。
【００３８】
またレーザ基板からＧａＡｓ基板を除去し、熱伝導率の良い金属やセラミックス製の基板上に張り付けてレーザ基板部２２とする構成では、かかる金属やセラミックスの線膨張係数をαbaseとして用いてレンズ基板部２６の線膨張係数を決定すれば良い。
例えば、窒化アルミニウム基板に張り合わせた場合には、αbase＝４．６［×１０−６／Ｋ]とし、銅の基板に張り合わせた場合にはαbase＝１６．８［×１０−６／Ｋ]とする。
この場合には、上述したＬ＝４．５［ｍｍ]、ΔＴ＝３０[Ｋ]、Δｄ＝０．１[μｍ]の構成において、αbase＝４．６［×１０−６／Ｋ]のとき３．８６≦αlens≦５．３４[×１０−６／Ｋ]の範囲であることが望ましい。同様に、αbase＝１６．８［×１０−６／Ｋ]のとき１６．１≦αlens≦１７．５[×１０−６／Ｋ]の範囲であることが望ましい。
【００３９】
ところで、図１０に示すように、かりにレンズアレイ７３がレンズ７５とガラス基板部７６とを有するとしても、レンズ７５を互いに隣接して設けた場合には、レンズ７５とガラス基板部７６との線膨張係数の差が大きいときには、反りやクラックが生じる虞がある。
このような不具合を防ぐために、線膨張係数の差によって環境温度の変化で生じる変形量ｚ２の差がレンズ基板部の厚さに対して十分大きいときには、互いに隣り合うレンズ同士を微小間隔ｄだけ離れて配置させることが望ましい。
この微小間隔ｄだけ離間した部分は、レンズ基板部２６において複数のレンズ２５が微小間隔ｄだけ離間した境界領域である。
言い換えると、境界領域とは、互いに隣り合うレンズ２５の変曲点Ｒの間の領域を示し、レンズアレイ２３のうち曲率を有しない領域を示している。
かかる境界領域を設けることにより、レンズアレイ２３の変位がレンズ２５の材質によらず、環境温度の高い場所における光の利用効率の低下を抑制する。
【００４０】
本実施形態では、レンズ２５は、互いに離間した態様でレンズアレイ２３に保持されている。
かかる構成により、レンズアレイ２３の熱膨張によって生じる変位量が、レンズ２５の材質によらないので、レンズ２５に用いる材質を自由に選択しながらも、環境温度の高い場所における光の利用効率の低下を抑制して、精度の低下が抑制される。
【００４１】
また、本実施形態では、レンズアレイ２３は、レンズ２５の線膨張係数とは異なる線膨張係数のレンズ基板部２６を有する。
かかる構成により、レンズ２５に用いる材質を自由に選択しながらも、環境温度の高い場所における光の利用効率の低下を抑制する。
【００４２】
また、本実施形態では、レンズアレイ２３は、レンズ２５の−Ｚ方向側の最表面に形成された第１反射防止層２７を有している。
かかる構成により、入射したレーザ光Ｌが発光部２１へと反射してしまうことを抑制して、光の利用効率を向上する。
また、本実施形態では、レンズ２５とレンズ基板部２６との間に形成された第２反射防止層２８を有している。
かかる構成により、入射したレーザ光Ｌが発光部２１へと反射してしまうことをさらに抑制して、光の利用効率を向上する。
【００４３】
かかるレンズアレイ２３の製造方法について述べる。
図５（ａ）に示すように、まずレンズ基板部２６を構成する材料となるＮ−ＢＡＦ５２製の基板８６上に第２反射防止層２８と合成石英ガラス８８とを層状に形成する（図６のステップＳ１０１）。
合成石英ガラス８８上には、フォトリソグラフィー法によって円形または多角形の感光性樹脂８９のパターンが形成される（ステップＳ１０２）。
表面に形成された感光性樹脂８９を加熱すると、感光性樹脂８９は、図５（ｂ）に示すように、熱による変形が進み、表面張力にしたがって半球状あるいは−Ｚ方向側に凸の曲面が形成される（ステップＳ１０３）。
かかるステップＳ１０３は、感光性樹脂８９によってマスクパターンを形成するマスク形成工程である。マスク形成工程において、合成石英ガラス８８の表面には、感光性樹脂８９によって製造されるレンズ２５の形状を模してマイクロレンズパターンが形成される。
なお、かかるマスク形成工程において、感光性樹脂８９によって形成されたレンズ形状の下端から上端までの高さ、言い換えると感光性樹脂８９の層厚は、合成石英ガラス８８の層の厚みと同程度であることが望ましい。
【００４４】
次に、感光性樹脂をエッチングするための酸素ガスと、合成石英ガラスをエッチングするためのフロン系ガスとを混合したエッチングガスを用いて、ＥＣＲプラズマエッチングやＲＩＥエッチング等のエッチング処理を行う（ステップＳ１０４）。
ステップＳ１０４のエッチング工程において、図５（ｃ）に示すように、感光性樹脂８９と合成石英ガラス８８とは、合成石英ガラス８８上に感光性樹脂８９の形状が転写された状態でエッチングされる。
【００４５】
感光性樹脂８９がなくなるまでエッチング工程を進めると、合成石英ガラス８８に感光性樹脂８９の形状が転写されて、図５（ｄ）に示すようにレンズ２５が形成される。
本実施形態では、感光性樹脂８９の層厚と合成石英ガラス８８の層厚とが同程度であり、またそのエッチング速度も同程度であるから、感光性樹脂８９が無くなったとき、合成石英ガラス８８は互いに離間した態様のレンズ２５を形成する。また、第２反射防止層２８は、各レンズ２５の間を埋めるように形成されていても良い。
なお、このとき、エッチングガスによってエッチングされない、またはされ難いような基板８６の材料を選択すれば、感光性樹脂８９の層厚が、合成石英ガラス８８の層厚と異なっていた場合にも、レンズ２５が互いに離間した態様で形成される。
また同様に、エッチングガスの混合比を変えるなどの方法によって、層厚に合わせてエッチング速度を制御しても良い。
【００４６】
エッチングが終了し、合成石英ガラス８８によって形成されたレンズ２５と、基板８６によって形成されたレンズ基板部２６とを有するレンズアレイ２３が形成された後、必要に応じて真空成膜などの方法で第１反射防止層２７が形成される（ステップＳ１０５）。
【００４７】
レンズアレイ２３は、レンズ２５が発光部２１と対向するように、レーザ基板部２２に対して固定部２４によって取り付けられる（ステップＳ１０６）。
かかるステップＳ１０６は、レンズアレイ２３とレーザ基板部２２とを結着して固定する結合工程である。
なお、本実施形態では、固定部２４は紫外線硬化樹脂であり、固定後にも多少の可撓性を有している。
本実施形態では固定部２４を紫外線硬化樹脂としたが、ステップＳ１０６における固定部２４をハンダとして、３００℃まで加熱溶融したあと冷却して固定するとしても良い。
結合工程において、既に図８で述べた従来例のような構成では、加熱及び冷却によってレンズアレイ２３の熱膨張あるいは、熱応力による破損等が生じるおそれもある。
しかしながら、本実施形態では、レンズアレイ２３は、レンズ２５を保持し、レーザ基板部２２と線膨張係数が略同一のレンズ基板部２６を有しているため、熱変形量の差が小さく結合工程において加熱処理を含む場合にも、熱応力による破損が防止される。
【００４８】
本実施形態では、レーザ点火プラグ１００は、レーザ素子２１から出射されたレーザ光Ｌを増幅する光増幅部４０と、光増幅部４０の入射口へとレーザ光Ｌを集光するための集光光学系２０と、を有している。
かかる構成により、環境温度の高い場所においても、光の利用効率の低下が抑制される。
【００４９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能である。
【００５０】
例えば、本実施形態においては、３つの反射防止層を設けたが、かかる反射防止層を用いなくとも良いし、あるいは任意の数の反射防止層を設けても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１０      光源ユニット（レーザ光源ユニット）
２１      単素子（発光部）
２２      素子基板部（レーザ基板部）
２３      レンズアレイ
２５      レンズ
２６      レンズ基板部
３０      光伝送路
４０      光増幅部
１００    レーザ点火装置（レーザ点火プラグ）
２０３    光学素子（ＴＦＴ素子）
２０５    光学素子基板部（ガラス基板）
５００    レーザ点火システム
７００    燃焼室
Ｌ      レーザ光
Ｏ      レンズ光軸
Ｚ１    基板間距離
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５２】
【特許文献１】特開２０１４−１９２１６６号公報
【特許文献２】特許第３６１７８４６号公報
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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