JP2015087246A

JP2015087246A - 光計測装置

Info

Publication number: JP2015087246A
Application number: JP2013225844A
Authority: JP
Inventors: 安藤　彰浩; Akihiro Ando; 彰浩安藤; 路万塩田; Roman Shioda; 宏樹藤枝; Hiroki Fujieda; 森　幸生; Yukio Mori; 幸生森; 幸四郎木村; Koshiro Kimura
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】熱による破損を抑制しつつレンズの中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光を検出することができる光計測装置を提供する。
【解決手段】光計測装置５は、内燃機関の燃焼室における燃焼過程を検出する光計測装置であって、先端部が燃焼室の内部に配置されたハウジング１０と、凸形状の球面部を有し、ハウジングの内部に配置されて燃焼室における光を集光する凸レンズ６１と、凸レンズの球面部の中心軸１１０からオフセットした位置で凸レンズに接続し、凸レンズによって集光された光を光計測装置の光検出部８０に導く光透過媒体７０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は光計測装置、特に内燃機関の燃焼室における燃焼過程を検出する光計測装置に関する。

従来、内燃機関の燃焼室における燃焼過程を検出する測定装置として、光計測装置が知られている。このような光計測装置として、例えば特許文献１には、点火プラグと光計測装置とが一体化したタイプの光計測装置が開示されている。この特許文献１に係る光計測装置は、燃焼室に突出した先端部に鏡、プリズム等の方向転換手段が設けられ、この方向転換手段によって方向転換された光がレンズによって集光される構成を有している。特許文献１に係る光計測装置によれば、燃焼室に突出した方向転換手段によって、レンズの中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光を検出することができる。

特開２００１−１４７１５７号公報

特許文献１に係る光計測装置では、前述したように方向転換手段である鏡やプリズム等が燃焼室に突出しているため、燃焼室における燃焼によって方向転換手段の温度が過度に上昇する可能性がある。この場合、方向転換手段が破損する可能性がある。したがって、特許文献１に係る光計測装置では、熱による破損を抑制しつつレンズの中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光を検出することは困難である。

本発明は、熱による破損を抑制しつつレンズの中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光を検出することができる光計測装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光計測装置は、内燃機関の燃焼室における燃焼過程を検出する光計測装置であって、先端部が前記燃焼室の内部に配置されたハウジングと、凸形状の球面部を有し、前記ハウジングの内部に配置されて前記燃焼室における光を集光する凸レンズと、前記凸レンズの前記球面部の中心軸からオフセットした位置で前記凸レンズに接続し、前記凸レンズによって集光された光を前記光計測装置の光検出部に導く光透過媒体と、を備えている。

本発明に係る光計測装置によれば、凸レンズがハウジングの内部に配置されているため、凸レンズが燃焼室に突出した構成となっていない。そのため、凸レンズが燃焼室の熱によって破損することを抑制することができる。また本発明に係る光計測装置によれば、光透過媒体が凸レンズの球面部の中心軸からオフセットした位置で凸レンズに接続しているため、レンズの球面部の中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光を検出することができる。

本発明によれば、熱による破損を抑制しつつレンズの中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光を検出することができる光計測装置を提供することができる。

図１（ａ）は実施例１に係る光計測装置の全体構成を示す模式図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の光計測装置をＡ方向側から見た模式図である。図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ部分を拡大して示す模式図である。実施例１に係る光計測装置の先端レンズ系の近傍を拡大して示す模式図である。実施例２に係る光計測装置の先端レンズ系の近傍を拡大して示す模式図である。比較例に係る光計測装置の先端レンズ系の近傍を拡大して示す模式図である。実施例３に係る光計測装置の先端レンズ系の近傍を拡大して示す模式図である。実施例４に係る光計測装置の先端レンズ系の近傍を拡大して示す模式図である。実施例５に係る光計測装置の先端レンズ系の近傍を拡大して示す模式図である。実施例６に係る光計測装置の先端レンズ系の近傍を拡大して示す模式図である。実施例７に係る光計測装置の先端レンズ系の近傍を拡大して示す模式図である。実施例８に係る光計測装置の先端レンズ系の近傍を拡大して示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例１に係る光計測装置５について説明する。図１（ａ）は本実施例に係る光計測装置５の全体構成を示す模式図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の光計測装置５をＡ方向側から見た模式図である。図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ部分を拡大して示す模式図である。本実施例に係る光計測装置５は、内燃機関の燃焼室における燃焼過程を検出する装置である。また、本実施例に係る光計測装置５は、点火プラグと光計測装置とが一体化したタイプの光計測装置（すなわち、点火プラグ一体型の光計測装置）である。図１（ａ）を参照して、本実施例に係る光計測装置５は、ハウジング１０と、接地電極２０と、中心電極３０と、碍子４０と、ナット４５と、高電圧端子５０と、先端レンズ系６０と、光透過媒体７０と、センサコネクタ７５と、光検出部８０とを備えている。

ハウジング１０は、その先端部が燃焼室の内部に配置されるように内燃機関の具体的にはシリンダヘッドに配置されている。なお、図１（ａ）において下方側は光計測装置５の先端側であり、上方側は光計測装置５の後端側（先端側とは反対の側）である。図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して、接地電極２０および中心電極３０は、ハウジング１０の先端部よりもさらに先端側に向けて突出している。接地電極２０と中心電極３０との間には、放電ギャップが設けられている。この放電ギャップの中心は中心電極３０の中心軸１００上に位置している。接地電極２０と中心電極３０との間で放電が行われることで、本実施例に係る光計測装置５は点火プラグとしての機能を発揮する。

碍子４０はナット４５によってハウジング１０の後端部に固定されている。また、碍子４０はハウジング１０の後端部よりもさらに後端側に向けて突出している。本実施例に係る碍子４０は、導電性を有する碍子である。高電圧端子５０は、碍子４０の後端部に接続している。高電圧端子５０には高電圧の電流が供給される。この電流によって、前述した接地電極２０と中心電極３０との間の放電が行われる。

図１（ａ）および図１（ｃ）を参照して、先端レンズ系６０は、ハウジング１０の内部に配置されている。したがって、本実施例に係る先端レンズ系６０は、燃焼室内に突出していない。図１（ｃ）および図１（ｂ）を参照して、先端レンズ系６０は凸レンズ６１を有している。凸レンズ６１は、ハウジング１０の先端部に設けられた孔１１の内部に配置されている。燃焼室で発生した光は孔１１を通過して凸レンズ６１に入射する。凸レンズ６１は、この孔１１を通過して凸レンズ６１に入射した燃焼室の光を集光する。すなわち、本実施例に係る凸レンズ６１は、ハウジング１０の内部に配置されて燃焼室における光を集光する凸レンズである。なお、凸レンズ６１の詳細な構成は、後述する図２において説明する。

光透過媒体７０は、凸レンズ６１によって集光された光を光検出部８０に導く部材である。具体的には、本実施例に係る光透過媒体７０の先端部は凸レンズ６１に接続している。また、光透過媒体７０の後端部には、センサコネクタ７５が接続している。そして、このセンサコネクタ７５が光検出部８０に接続することで、光透過媒体７０は凸レンズ６１によって集光された光を光検出部８０に導いている。本実施例においては、光透過媒体７０の一例として光ファイバーを用いる。但し、光透過媒体７０の具体的な構成は、光を光検出部８０に導くことができるものであればこれに限定されるものではない。

光検出部８０は導入された光を検出する装置である。なお、この光検出部８０によって検出された光は、内燃機関の燃焼室における燃焼過程を示している。したがって、本実施例に係る光計測装置５は、この光検出部８０の検出結果を取得することによって、内燃機関の燃焼室における燃焼過程を検出している。本実施例に係る光検出部８０はハウジング１０の外側に配置されている。しかしながら、光検出部８０の配置箇所はこれに限定されるものではない。例えば光検出部８０は、ハウジング１０の内部に配置されていてもよい。なお図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施例に係る先端レンズ系６０は２つ設けられている。その結果、先端レンズ系６０に対応した光透過媒体７０、センサコネクタ７５および光検出部８０も２つ設けられている。但し、先端レンズ系６０の個数はこれに限定されるものではない。

続いて凸レンズ６１の詳細について説明する。図２は、本実施例に係る光計測装置５の先端レンズ系６０の近傍を拡大して示す模式図である。具体的には図２は、図１（ｃ）に示す先端レンズ系６０の近傍を拡大して模式的に図示している。なお、図１（ａ）の２つの先端レンズ系６０の具体的な構成は同じであるため、片方の先端レンズ系６０の凸レンズ６１の詳細について説明する。

本実施例に係る凸レンズ６１は、円柱形状を有する部分（円柱部と称する）の先端側に凸形状の球面部６２が設けられた全体形状を有している。図２に図示されている中心軸１１０は、球面部６２の中心軸である。この中心軸１１０は円柱部の中心軸でもある。中心軸１１０は、図１（ａ）に示す中心電極３０の中心軸１００と平行になっている。すなわち、本実施例に係る凸レンズ６１は、中心電極３０の中心軸１００に対して一方の側にオフセットした位置に配置されている。なお、図２において、凸レンズ６１の円柱部の径はＤであり、凸レンズ６１の中心軸１１０に沿った方向（以下、軸線方向と称する）の長さはＬ_１である。

凸レンズ６１の後端側の端面には光透過媒体７０（本実施例では光ファイバー）の先端側の端面が接続している。また、この光透過媒体７０は、凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０からオフセットした位置で凸レンズ６１に接続している。具体的には本実施例に係る光透過媒体７０の中心軸１２０は、球面部６２の中心軸１１０よりもＬ_５だけ平行移動した位置になっている。すなわち、本実施例に係る光透過媒体７０は、凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０からＬ_５だけオフセットした位置で凸レンズ６１に接続し、凸レンズ６１によって集光された光を光検出部８０に導く光透過媒体である。

続いて本実施例に係る先端レンズ系６０によって検出可能な光の範囲について詳細に説明する。まず、本実施例に係る凸レンズ６１においては、光透過媒体７０の先端部から凸レンズ６１に向けて光が照射された場合に、凸レンズ６１の軸線方向で凸レンズ６１の先端部よりも先端側の領域（図２ではＬ_４で図示されている領域）において焦点１３０が結ばれるように、球面部６２の曲率（ＳＲ）が設定されている。前述したように光透過媒体７０は凸レンズ６１の中心軸１１０からオフセットした位置で凸レンズ６１に接続しているため、この焦点１３０は凸レンズ６１の中心軸１１０からオフセットしている。具体的には、焦点１３０は、光透過媒体７０がオフセットしている側とは反対側（図２では中心軸１１０よりも左側）にオフセットしている。

この場合、凸レンズ６１の球面部６２に入射する光の通過経路は、図２においてハッチングを施した領域を通過することになる。具体的には、中心軸１１０に対して傾斜した方向から凸レンズ６１に入射する光（これは燃焼室内の光である）は、焦点１３０を経由後、球面部６２から凸レンズ６１に入射し、その後、光透過媒体７０の先端部に進入する。そのため、図２においてハッチングで示されている光の通過経路のうち、焦点１３０よりも軸線方向で先端側の部分が、凸レンズ６１によって検出可能な光のエリア（以下、検出エリア１４０と称する）である。つまり、本実施例に係る光計測装置５は、燃焼室におけるこの検出エリア１４０内の光を検出することができる。

オフセット量Ｌ_５の具体的な値は次のように設定することが好ましい。まず、臨界角θ_１ｍａｘは下記（１）で表すことができる。
θ_１ｍａｘ＝ｓｉｎ^−１（ｎ_０／ｎ_１）・・・（１）
式（１）において、ｎ_０は大気の屈折率であり、ｎ_１は凸レンズ６１の材質の屈折率である。

ここで、図２に図示されているライン１５０は、凸レンズ６１の球面部６２の曲率（ＳＲ）の中心点と、光透過媒体７０の中心軸１２０が球面部６２の表面と交差する点と、を結ぶ線である。また図２に図示されているθ_１は、ライン１５０と凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０とのなす角である。このθ_１はＬ_５／ＳＲによって算出することができる。このθ_１は、臨界角θ_１ｍａｘ以下になる必要がある。これを数式で示すと下記式（２）となる。
ｓｉｎ^−１θ_１＝ｓｉｎ^−１（Ｌ_５／ＳＲ）≦ｓｉｎ^−１（ｎ_０／ｎ_１）・・・（２）

上記式（２）を満たすためには、下記式（３）を満たす必要がある。すなわち、下記式（３）を満たせば、θ_１を臨界角θ_１ｍａｘ以下にすることができる。
Ｌ_５／ＳＲ≦ｎ_０／ｎ_１・・・（３）

また、ＪＩＳ等の規格で規定されている標準的な角度公差（極粗級）は±３°である。ここで、図２においてθ_４は、凸レンズ６１から外に出た光（具体的には、凸レンズ６１から外に出て且つ焦点１３０を経由した後の光）の垂線（これは中心軸１１０と一致する線または中心軸１１０に平行な線である）に対するなす角である。具体的には図２のθ_４は、凸レンズ６１から外に出た光の中心軸１１０に対するなす角度として表されている。このθ_４が３°以上の傾きとなることを満たす数式について検討する。まず、θ_４が３°の場合、スネルの法則により下記式（４）が成立する。
ｎ_０ｓｉｎ（θ_１＋３°）＝ｎ_１ｓｉｎθ_１・・・（４）

凸レンズ６１の材質として一般的な石英ガラスを用いた場合、ｎ_０＝１．０、ｎ_１＝１．４６となる。そこで、これらの値を式（４）に代入してθ_１の最小値θ_１ｍｉｎを求めると、θ_１ｍｉｎ＝６．５°となる。また、式（４）のｓｉｎθ_１は下記式（５）によって表すことができる。
ｓｉｎθ_１＝Ｌ_５／ＳＲ・・・（５）

上記式（５）を用いてθ_１ｍｉｎ＝６．５°となるときのＬ_５／ＳＲの最小値を求めると下記式（６）のようになる。
（Ｌ_５／ＳＲ）_ｍｉｎ＝０．１１３・・・（６）

式（６）から、検出方向で有意な傾き設定を凸レンズ６１に与えるためには、すなわち、ＪＩＳ等で規定されている角度公差を考慮してθ_４を３°以上の傾きとするためには、Ｌ_５／ＳＲとして０．１以上の値を採用することが好ましいことが分る。

以上のことから、オフセット量Ｌ_５は下記式（７）を満たすように設定されることが好ましいといえる。すなわち下記式（７）を満たすようにＬ_５が設定されることにより、ＪＩＳ等で規定されている角度公差を考慮してθ_４を３°以上の傾きにしつつθ_１を臨界角θ_１ｍａｘ以下にすることができる。なお、本実施例に係る凸レンズ６１は、この式（７）を満たすように設計されている。
０．１＜Ｌ_５／ＳＲ＜ｎ_０／ｎ_１・・・（７）

本実施例に係る光計測装置５の作用効果をまとめると次のようになる。まず、図１において説明したように本実施例に係る光計測装置５によれば、凸レンズ６１がハウジング１０の内部に配置されているため、凸レンズ６１が燃焼室に突出した構成となっていない。そのため、凸レンズ６１が燃焼室の熱によって破損することを抑制することができる。また図２において説明したように、本実施例に係る光透過媒体７０は凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０からオフセットした位置で凸レンズ６１に接続しているため、本実施例に係る光計測装置５によれば、凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０に沿った方向（図２の上下方向）とは異なる方向からの光（具体的には検出エリア１４０の光）を検出することができる。

以上のように本実施例に係る光計測装置５によれば、熱による破損を抑制しつつ、凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０に沿った方向とは異なる方向（すなわち、光計測装置５の直下とは異なる方向）からの光、具体的には燃焼光（燃焼室における燃料の燃焼で発生する光）や放電光（放電ギャップで発生する光）を検出することができる。

また、仮に、凸レンズ６１が燃焼室に突出した構成となっている場合、凸レンズ６１が熱によって破損する可能性があるのみならず、突出した凸レンズ６１によって燃焼室において異常燃焼が生じる可能性もある。これに対して本実施例に係る光計測装置５によれば、凸レンズ６１が燃焼室に突出していないため、この異常燃焼の発生も抑制することができる。

また本実施例に係る光計測装置５によれば、前述したように式（７）を満たしているため、ＪＩＳ等で規定されている角度公差を考慮してθ_４を３°以上の傾きにしつつθ_１を臨界角θ_１ｍａｘ以下にすることができる。

続いて本発明の実施例２に係る光計測装置５ａについて説明する。図３は、本実施例に係る光計測装置５ａの先端レンズ系６０ａの近傍を拡大して示す模式図である。本実施例に係る光計測装置５ａは先端レンズ系６０に代えて先端レンズ系６０ａを備えている点において、実施例１に係る光計測装置５と異なっている。本実施例に係る光計測装置５ａのその他の構成は実施例１に係る光計測装置５の構成と同様であるため、説明を省略する。

図３の先端レンズ系６０ａは、凸レンズ６３をさらに備えている点において、図２に示す先端レンズ系６０と異なっている。凸レンズ６３は、凸レンズ６１と同様に燃焼室における光を集光するレンズである。また、凸レンズ６３は、凸レンズ６１と同様にハウジング１０の内部、具体的には孔１１に配置されている。このように本実施例に係る凸レンズ６１および凸レンズ６３はハウジング１０の内部に配置されており、その結果、燃焼室に突出していないことから、光計測装置５ａによれば、凸レンズ６１および凸レンズ６３の熱による破損を抑制することができるとともに、異常燃焼の発生も抑制することができる。

凸レンズ６３は、円柱部の後端側に凸形状の球面部６４を有している。凸レンズ６３の球面部６４と凸レンズ６１の球面部６２とは向かい合わせになっている。具体的には球面部６４は球面部６２に接している。なお凸レンズ６３の球面部６４の中心軸は凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０と一致している。また凸レンズ６３の軸線方向の長さはＬ_２である。図３に図示されているθ_２は、凸レンズ６３の内部における光の中心軸１１０に対するなす角である。

先端レンズ系６０ａの焦点１３０は、凸レンズ６３の内部に位置している。実施例１と同様に、本実施例においても光透過媒体７０は凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０からＬ_５オフセットした位置で凸レンズ６１に接続している。それにより、焦点１３０は中心軸１１０からオフセットしている。その結果、本実施例に係る光計測装置５ａにおいても、凸レンズ６１の中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光（具体的には検出エリア１４０の光）を検出することができる。

なお、凸レンズ６１の球面部６２の曲率および凸レンズ６３の球面部６４の曲率は、凸レンズ６３の側面反射が検出されないような値に設定されていることが好ましい。これについて、比較例に係る光計測装置３００と比較しつつ説明すると次のようになる。図４は比較例に係る光計測装置３００の先端レンズ系３０１の近傍を拡大して示す模式図である。光計測装置３００は、先端レンズ系６０ａに代えて先端レンズ系３０１を備えている点において、実施例２に係る光計測装置５ａと異なっている。先端レンズ系３０１は、凸レンズ６１に代えて凸レンズ３０２を備えている点と、凸レンズ６３に代えて凸レンズ３０３を備えている点とにおいて、図３に示す先端レンズ系６０ａと異なっている。図４に示す凸レンズ３０２の球面部３０４の曲率は図３に示す凸レンズ６１の球面部６２の曲率よりも大きく設定されており、図４に示す凸レンズ３０３の球面部３０５の曲率は図３に示す凸レンズ６３の球面部６４よりも大きく設定されている。

図４に示す先端レンズ系３０１の焦点１３０は、図３に示す先端レンズ系６０ａの焦点よりも後端側に位置している。その結果、図４に示す先端レンズ系３０１は、検出エリア１４０に加えて、検出エリア１４５の光、具体的には凸レンズ３０３の側面において反射する光も検出してしまう。このように検出エリア１４５の光を検出してしまった場合、比較例に係る光計測装置３００は検出エリア１４０の光と検出エリア１４５の光とを分離することは困難である。したがって、比較例に係る光計測装置３００の場合、検出エリア１４０の光を適切に検出することが困難である。

以上の理由により、凸レンズ６１の球面部６２の曲率および凸レンズ６３の球面部６４の曲率は、凸レンズ６３の側面反射が検出されないような値に設定されていることが好ましい。なお、図３において説明した本実施例に係る光計測装置５ａは、実際に球面部６２および球面部６４の曲率が凸レンズ６３の側面反射が検出されないような値に設定されている。したがって本実施例に係る光計測装置５ａは、検出エリア１４０の光を適切に検出することができる。

続いて本発明の実施例３に係る光計測装置５ｂについて説明する。図５は、本実施例に係る光計測装置５ｂの先端レンズ系６０ｂの近傍を拡大して示す模式図である。本実施例に係る光計測装置５ｂは先端レンズ系６０ａに代えて先端レンズ系６０ｂを備えている点において、実施例２に係る光計測装置５ａと異なっている。本実施例に係る光計測装置５ｂのその他の構成は実施例２に係る光計測装置５ａの構成と同様であるため、説明を省略する。

図５の先端レンズ系６０ｂは、凸レンズ６３に代えてガラス６５を備えている点において、図３に示す先端レンズ系６０ａと異なっている。ガラス６５は、直径がＤで軸線方向の長さがＬ_２の円柱形状を有するガラスである。なお、図５に図示されているθ_２は、ガラス６５の内部における光の中心軸１１０に対するなす角である。ガラス６５の中心軸は凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０と一致している。ガラス６５は凸レンズ６３のようなレンズ機能は有していない。

ガラス６５は、凸レンズ６３と同様にハウジング１０の内部、具体的には孔１１の内部に配置されている。したがって、本実施例に係るガラス６５および凸レンズ６１は燃焼室に突出していない。それにより、本実施例に係る光計測装置５ｂによれば、凸レンズ６１およびガラス６５の熱による破損を抑制することができるとともに、異常燃焼の発生も抑制することができる。また、本実施例においても光透過媒体７０は凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０からＬ_５オフセットした位置で凸レンズ６１に接続している。それにより、焦点１３０は中心軸１１０からオフセットしている。その結果、本実施例に係る光計測装置５ｂにおいても、凸レンズ６１の中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光（具体的には検出エリア１４０の光）を検出することができる。

続いて本発明の実施例４に係る光計測装置５ｃについて説明する。図６は、本実施例に係る光計測装置５ｃの先端レンズ系６０ｃの近傍を拡大して示す模式図である。本実施例に係る光計測装置５ｃは先端レンズ系６０ａに代えて先端レンズ系６０ｃを備えている点において、実施例２に係る光計測装置５ａと異なっている。本実施例に係る光計測装置５ｃのその他の構成は実施例２に係る光計測装置５ａの構成と同様であるため、説明を省略する。

図６の先端レンズ系６０ｃは、凸レンズ６３に代えて凸凹レンズ６６を備えている点において、図３に示す先端レンズ系６０ａと異なっている。凸凹レンズ６６は、後端側に球面部６４を備えている点においては、図３に示す実施例２に係る凸レンズ６３と同様である。凸凹レンズ６６は、先端側に凹形状の球面部６７をさらに備えている点において、凸レンズ６３と異なっている。なお、図６に図示されているθ_２は、凸凹レンズ６６の内部における光の中心軸１１０に対するなす角である。

凸凹レンズ６６は、ハウジング１０の内部、具体的には孔１１の内部に配置されている。それにより、本実施例においても、凸レンズ６１および凸凹レンズ６６の熱による破損を抑制することができるとともに、異常燃焼の発生も抑制することができる。また、本実施例においても、光透過媒体７０は凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０からＬ_５オフセットした位置で凸レンズ６１に接続しているため、焦点１３０は中心軸１１０からオフセットしている。それにより、本実施例に係る光計測装置５ｃにおいても、凸レンズ６１の中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光（具体的には検出エリア１４０の光）を検出することができる。

さらに本実施例に係る光計測装置５ｃによれば、凸凹レンズ６６を備えることから、図６の検出エリア１４０の角度が図３に示す実施例２に係る検出エリア１４０の角度よりも広くなっている。それにより、本実施例に係る光計測装置５ｃによれば、より広範囲の光を検出することができる。

続いて本発明の実施例５に係る光計測装置５ｄについて説明する。図７は、本実施例に係る光計測装置５ｄの先端レンズ系６０ｄの近傍を拡大して示す模式図である。本実施例に係る光計測装置５ｄは、先端レンズ系６０ａに代えて先端レンズ系６０ｄを備えている点において、実施例２に係る光計測装置５ａと異なっている。本実施例に係る光計測装置５ｄのその他の構成は実施例２に係る光計測装置５ａの構成と同様であるため、説明を省略する。

図７の先端レンズ系６０ｄは、さらにガラス６５を備えている点において、図３に示す先端レンズ系６０ａと異なっている。ガラス６５は、直径Ｄで軸線方向の長さがＬ_３の円柱形状のガラスである。なおガラス６５の中心軸は、凸レンズ６１の中心軸１１０と一致している。また、ガラス６５を備えることにより、先端レンズ系６０ｄの凸レンズ６３の軸線方向の長さＬ_２は、図３の凸レンズ６３の軸線方向の長さＬ_２よりも短くなっている。なお図７に図示されているθ_２は、凸レンズ６３およびガラス６５の内部における光の中心軸１１０に対するなす角である。

本実施例においても、ガラス６５は、凸レンズ６１および凸レンズ６３と同様にハウジング１０の内部、具体的には孔１１の内部に配置されている。それにより、本実施例においても凸レンズ６１、凸レンズ６３およびガラス６５の熱による破損を抑制することができるとともに、異常燃焼の発生も抑制することができる。また、本実施例においても、光透過媒体７０は凸レンズ６１の中心軸１１０からＬ_５オフセットした位置で凸レンズ６１に接続しているため、焦点１３０は中心軸１１０からオフセットしている。それにより、本実施例に係る光計測装置５ｄにおいても、凸レンズ６１の中心軸に沿った方向とは異なる方向からの光（具体的には検出エリア１４０の光）を検出することができる。

続いて本発明の実施例６に係る光計測装置５ｅについて説明する。図８は、本実施例に係る光計測装置５ｅの先端レンズ系６０ａの近傍を拡大して示す模式図である。本実施例に係る光計測装置５ｅは、１つの凸レンズ６１に複数の光透過媒体が接続している点において実施例２に係る光計測装置５ａと異なっている。本実施例に係る光計測装置５ｅのその他の構成は実施例２に係る光計測装置５ａの構成と同様であるため、説明を省略する。

本実施例に係る光計測装置５ｅは、一つの凸レンズ６１に対して光透過媒体７０、光透過媒体７０ａおよび光透過媒体７０ｂの合計３つの光透過媒体が接続した構成を有している。なお、光透過媒体の個数は複数であればよく、本実施例のような３に限定されるものではない。

光透過媒体７０は、凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０に対して一方の側にＬ_５オフセットしている。光透過媒体７０ｂは、凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０に対して他方の側にＬ_５オフセットしている。また、光透過媒体７０ａは、凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０に対してオフセットしていない。検出エリア１４０の光は焦点１３０を経由して光透過媒体７０に進入する。検出エリア１４０ａの光は焦点１３０ａを経由して光透過媒体７０ａに進入する。検出エリア１４０ｂの光は焦点１３０ｂを経由して光透過媒体７０ｂに進入する。焦点１３０および焦点１３０ｂは中心軸１１０からオフセットしている。焦点１３０ａは中心軸１１０からオフセットしていない。

本実施例に係る光計測装置５ｅによれば、実施例２の場合に比較して、一つの凸レンズ６１で、より多くの方向からの光を分離して検出することができる。具体的には本実施例に係る光計測装置５ｅによれば、検出エリア１４０、検出エリア１４０ａおよび検出エリア１４０ｂの光をそれぞれ分離して検出することができる。

続いて本発明の実施例７に係る光計測装置５ｆについて説明する。図９は、本実施例に係る光計測装置５ｆの先端レンズ系６０ｆの近傍を拡大して示す模式図である。本実施例に係る光計測装置５ｆは、先端レンズ系６０ａに代えて先端レンズ系６０ｆを備えている点において、実施例６に係る光計測装置５ｅと異なっている。本実施例に係る光計測装置５ｆのその他の構成は実施例６に係る光計測装置５ｅの構成と同様であるため、説明を省略する。

本実施例に係る先端レンズ系６０ｆは、さらにガラス６５ｆを備えている点において、図３に示す先端レンズ系６０ａと異なっている。ガラス６５ｆは、直径がＤで軸線方向の長さがＬ_３の円柱形状のガラスの先端部に傾斜面６８を有している。傾斜面６８は、凸レンズ６１の中心軸１１０に対して傾斜した面である。この傾斜面６８を有することにより、ガラス６５ｆはプリズムとしての機能を有している。すなわち、本実施例に係るガラス６５ｆはプリズムガラスである。なおガラス６５ｆの中心軸は凸レンズ６１の球面部６２の中心軸１１０と一致している。またガラス６５ｆを備えることにより、先端レンズ系６０ｆの凸レンズ６３の軸線方向の長さＬ_２は図３の凸レンズ６３の軸線方向の長さＬ_２よりも短くなっている。なお、この先端レンズ系６０ｆは、図７に示す実施例５に係る先端レンズ系６０ｄのガラス６５の先端部に傾斜面６８を有する構成となっている。

本実施例においても、実施例６と同様に、一つの凸レンズ６１に対して複数の光透過媒体が接続されているため、実施例６と同様に、一つの凸レンズ６１で、より多くの方向からの光を分離して検出することができる。また本実施例に係る光計測装置５ｆによれば、ガラス６５ｆが傾斜面６８を備えることにより、実施例６の場合とは異なる角度からの光を検出することもできる。

続いて本発明の実施例８に係る光計測装置５ｇについて説明する。図１０は、本実施例に係る光計測装置５ｇの先端レンズ系６０ｇの近傍を拡大して示す模式図である。本実施例に係る光計測装置５ｇは、先端レンズ系６０に代えて先端レンズ系６０ｇを備えている点において、実施例１に係る光計測装置５と異なっている。本実施例に係る光計測装置５ｇのその他の構成は実施例１に係る光計測装置５の構成と同様であるため、説明を省略する。

本実施例に係る先端レンズ系６０ｇは、凸レンズ６１に代えて凸レンズ６１ｆを備えている点において、図２に示す先端レンズ系６０と異なっている。凸レンズ６１ｆは、凸レンズ６１ｆの円柱部の中心軸が球面部６２の中心軸１１０に対してオフセットしている（図１０では右側にオフセットしている）点において、図２に示す凸レンズ６１と異なっている。なお、図１０において、円柱部の中心軸は、光透過媒体７０の中心軸１２０と一致している。但し、円柱部の中心軸は、球面部６２の中心軸１１０に対してオフセットしていればよく、光透過媒体７０の中心軸１２０と必ずしも一致していなくてもよい。

本実施例においても、実施例１と同様に、凸レンズ６１ｆはハウジング１０の内部に配置されており、それにより凸レンズ６１ｆが燃焼室に突出していないため、凸レンズ６１ｆが燃焼室の熱によって破損することを抑制することができるとともに異常燃焼の発生を抑制することができる。また、本実施例においても、光透過媒体７０は、凸レンズ６１ｆの球面部６２の中心軸１１０からオフセットした位置で凸レンズ６１ｆに接続しているため、凸レンズ６１ｆの中心軸１１０に沿った方向とは異なる方向からの光を検出することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

５光計測装置
１０ハウジング
６１凸レンズ
６２球面部
８０光検出部
７０光透過媒体
１２０中心軸

Claims

内燃機関の燃焼室における燃焼過程を検出する光計測装置であって、
先端部が前記燃焼室の内部に配置されたハウジングと、
凸形状の球面部を有し、前記ハウジングの内部に配置されて前記燃焼室における光を集光する凸レンズと、
前記凸レンズの前記球面部の中心軸からオフセットした位置で前記凸レンズに接続し、前記凸レンズによって集光された光を前記光計測装置の光検出部に導く光透過媒体と、を備える光計測装置。