JP5862129B2 - Laser ignition igniter - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ光を用いて点火薬に着火するレーザ着火式点火具に関し、安全装置を備えたレーザ着火式点火具に関する。   The present invention relates to a laser ignition type igniter that ignites an igniting agent using laser light, and relates to a laser ignition type igniter including a safety device.

従来より、ロケットモータやガスジェネレータ用イグナイタ等、爆発性火工品の点火用として、白金線や抵抗体に電流を流して発熱させて点火薬を発火させる点火具が利用されている。
そして近年では、より確実に点火するために、レーザ光を用いた、種々のレーザ着火式点火具が提案されており、更に、種々の安全装置を備えたレーザ着火式点火具が提案されている。
例えば特許文献1に記載された従来技術では、回転可能に構成されて種々の方向に着火用のレーザ光を反射可能な方向制御装置と、方向制御装置に向けてレーザ光を出射可能なレーザ発振装置と、方向制御装置に向かう側に受光面を向けた単数または複数の光ファイバと、を備えている。そして方向制御装置を制御することで、選択された光ファイバに向けてレーザ光を反射して伝送する、レーザ着火火工品用セーフアーム装置が開示されている。
また特許文献2に記載された従来技術では、光ファイバを収容して光ファイバ端面にレンズが設けられた光ファイバコネクタフェルールを2つ用意して、スリーブの両側から対向するように且つ所定間隔を設けて光ファイバコネクタフェルールの先端部をスリーブ内に固定している。そして一方の光ファイバコネクタフェルールの先端部と他方の光ファイバコネクタフェルールの先端部との間におけるスリーブ部分にシャッタ挿入用穴を穿孔し、当該シャッタ挿入用穴にシャッタ部材を出し入れすることで、レーザ光の伝送と遮断を行うことができる、レーザ着火火工品用セーフアーム装置が開示されている。
また特許文献3に記載された従来技術では、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)シャッタを用いて、所望の時間や所望の位置で爆発させることができる、起爆制御された砲弾のための起爆器が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an igniter that ignites an igniting agent by causing a current to flow through a platinum wire or a resistor to generate heat is used for ignition of explosive pyrotechnics such as a rocket motor and an igniter for a gas generator.
In recent years, various laser ignition igniters using laser light have been proposed in order to ignite more reliably, and further, laser ignition igniters equipped with various safety devices have been proposed. .
For example, in the prior art described in Patent Document 1, a direction control device configured to be rotatable and capable of reflecting laser light for ignition in various directions, and laser oscillation capable of emitting laser light toward the direction control device And a single or a plurality of optical fibers having a light receiving surface directed toward the direction control device. And the safe arm apparatus for laser ignition pyrotechnics which reflects and transmits a laser beam toward the selected optical fiber by controlling a direction control apparatus is disclosed.
In the prior art described in Patent Document 2, two optical fiber connector ferrules that accommodate optical fibers and are provided with lenses on the end faces of the optical fibers are prepared so as to face each other on both sides of the sleeve and at a predetermined interval. The tip of the optical fiber connector ferrule is provided and fixed in the sleeve. Then, a laser insertion hole is drilled in the sleeve portion between the tip of one optical fiber connector ferrule and the tip of the other optical fiber connector ferrule, and the shutter member is inserted into and removed from the shutter insertion hole. A safe arm device for laser ignition pyrotechnics capable of transmitting and blocking light is disclosed.
In addition, in the prior art described in Patent Document 3, a detonator for a detonation-controlled ammunition that can be exploded at a desired time or a desired position using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) shutter is disclosed. Has been.

特開2006−118443号公報JP 2006-118443 A 特開平08−303300号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-303300 特許第4652831号公報Japanese Patent No. 4652831

特許文献1に記載された従来技術では、レーザ光を反射する方向制御装置は、反射鏡と回転駆動部を有しており、装置が大型化する。また、方向制御装置の反射角度の位置決めを高精度に行うことができるガイドやストッパ等が必要であり、装置が大型化する。
また特許文献2に記載された従来技術では、シャッタ部材を機械的に出し入れする必要があるのでシャッタ部材を出し入れするモータ等の駆動装置が必要であり、大型化する。
また特許文献3に記載された従来技術では、MEMSシャッタを用いており、比較的高価である。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、より小型で、より低価格であり、且つより安全なレーザ着火式点火具を提供することを課題とする。
In the prior art described in Patent Document 1, the direction control device that reflects laser light has a reflecting mirror and a rotation drive unit, and the device becomes larger. In addition, a guide, a stopper, and the like that can position the reflection angle of the direction control device with high accuracy are required, and the size of the device increases.
Further, in the prior art described in Patent Document 2, since it is necessary to mechanically insert and remove the shutter member, a driving device such as a motor for inserting and removing the shutter member is necessary, and the size is increased.
Further, the conventional technique described in Patent Document 3 uses a MEMS shutter and is relatively expensive.
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a laser ignition type igniter that is smaller in size, lower in price, and safer.

上記課題を解決するため、本発明に係るレーザ着火式点火具は次の手段をとる。
本発明の第1の発明は、偏光性を有するレーザ光を発生するレーザ発振装置と、前記レーザ光を平行光に変換するレンズであるコリメートレンズと、平行光に変換された前記レーザ光を集光するレンズである集光レンズと、集光された前記レーザ光の焦点近傍に配置された点火薬と、偏光性を有する前記レーザ光の透過と遮断を制御可能であるシャッタ部材と、がケース内に収容されている、レーザ着火式点火具である。
そして、前記コリメートレンズと前記集光レンズは、いずれも略球体のボールレンズであり、前記シャッタ部材は、前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に配置され、電圧を印加しない場合では前記レーザ光を遮断して、電圧を印加した場合では前記レーザ光を透過するように、偏光板と液晶板にて構成され、前記液晶板は、電圧を印加しない場合に前記偏光板に対して偏光方向が90度回転し、電圧を印加した場合に前記偏光板と偏光方向が一致するように設定されている電気式の液晶シャッタであり、前記レーザ発振装置は、光ファイバを介することなく前記コリメートレンズに接触した状態で前記ケース内に収容されている、レーザ着火式点火具である。
また、本発明の第2の発明は、偏光性を有するレーザ光を発生するレーザ発振装置と、前記レーザ光を平行光に変換するレンズであるコリメートレンズと、平行光に変換された前記レーザ光を集光するレンズである集光レンズと、集光された前記レーザ光の焦点近傍に配置された点火薬と、偏光性を有する前記レーザ光の透過と遮断を制御可能であるシャッタ部材と、がケース内に収容されている、レーザ着火式点火具である。
そして、前記シャッタ部材は、前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に配置され、電圧を印加しない場合では前記レーザ光を遮断して、電圧を印加した場合では前記レーザ光を透過するように、偏光板と液晶板にて構成され、前記液晶板は、電圧を印加しない場合に前記偏光板に対して偏光方向が90度回転し、電圧を印加した場合に前記偏光板と偏光方向が一致するように設定されている電気式の液晶シャッタであり、前記レーザ発振装置は、光ファイバを介することなく前記コリメートレンズに接触した状態で前記ケース内に収容されている。
また、前記コリメートレンズは、略球体のボールレンズであり、前記集光レンズは、前記コリメートレンズの側は球面に形成されており、前記コリメートレンズと反対の側は前記レーザ光の光軸に直交する平面である点火薬側平面が形成されている、レーザ着火式点火具である。
In order to solve the above problems, the laser ignition type igniter according to the present invention takes the following means.
According to a first aspect of the present invention, a laser oscillation device that generates laser light having polarization, a collimator lens that is a lens that converts the laser light into parallel light, and the laser light converted into parallel light are collected. A condensing lens that is a light-emitting lens, an ignition agent disposed in the vicinity of the focal point of the focused laser beam, and a shutter member that can control transmission and blocking of the laser beam having polarization This is a laser ignition type ignition device accommodated in the inside.
The collimating lens and the condensing lens are both substantially spherical ball lenses, and the shutter member is disposed between the collimating lens and the condensing lens, and the laser is applied when no voltage is applied. When a voltage is applied while blocking light, the polarizing plate and a liquid crystal plate are configured to transmit the laser beam, and the liquid crystal plate has a polarization direction with respect to the polarizing plate when no voltage is applied. Is an electric liquid crystal shutter that is set so that the polarization direction coincides with that of the polarizing plate when a voltage is applied, and the laser oscillation device does not go through an optical fiber, and the collimating lens It is a laser ignition type igniter accommodated in the said case in the state which contacted.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a laser oscillation device that generates laser light having polarization, a collimator lens that is a lens that converts the laser light into parallel light, and the laser light converted into parallel light. A condensing lens that is a lens that condenses the light, an igniting agent disposed in the vicinity of the focal point of the collected laser light, a shutter member that can control transmission and blocking of the laser light having polarization, Is a laser ignition type igniter accommodated in the case.
The shutter member is disposed between the collimating lens and the condensing lens so as to block the laser beam when no voltage is applied and to transmit the laser beam when a voltage is applied. The polarizing plate is composed of a liquid crystal plate, and the liquid crystal plate rotates 90 degrees with respect to the polarizing plate when no voltage is applied, and the polarizing direction coincides with the polarizing plate when a voltage is applied. The laser oscillation device is housed in the case in contact with the collimating lens without passing through an optical fiber.
The collimating lens is a substantially spherical ball lens, and the condensing lens has a spherical surface on the side of the collimating lens, and the side opposite to the collimating lens is orthogonal to the optical axis of the laser beam. This is a laser ignition type igniter in which an igniter side plane that is a plane to be formed is formed.

第1の発明及び第2の発明によれば、偏光性を有するレーザ光を発生するレーザ発振装置を内蔵し、発生させたレーザ光を、コリメートレンズと集光レンズを用いて焦点位置に集光してエネルギー密度を高め、当該集光位置に点火薬を配置する。
これにより、例えば比較的出力の低いレーザ発振装置を用いても確実に着火することができる、より小型で安価、且つ一体型のレーザ着火式点火具を構成することができる。
また、レーザ発振装置から点火薬までの経路中にレーザ光の遮断と透過を制御可能なシャッタ部材を設けることで、より安全なレーザ着火式点火具を実現することができる。
According to the first and second aspects of the invention, a laser oscillation device that generates polarized laser light is built in, and the generated laser light is condensed at a focal position using a collimator lens and a condenser lens. Thus, the energy density is increased, and the igniting agent is disposed at the light collecting position.
Thereby, for example, a more compact, inexpensive, and integrated laser ignition type igniter that can be reliably ignited even when a laser oscillation device having a relatively low output is used can be configured.
Also, a safer laser ignition type igniter can be realized by providing a shutter member capable of controlling the blocking and transmission of the laser beam in the path from the laser oscillation device to the ignition agent.

また、第1の発明及び第2の発明によれば、レーザ光のエネルギー密度が最も低い位置(レーザ光のビーム径が最も大きい位置)にシャッタ部材を配置するので、レーザ光の透過時におけるエネルギーロスを抑制することができるとともに、レーザ光の遮断時におけるシャッタ部材の焼損を防止することができる。   According to the first and second inventions, since the shutter member is disposed at the position where the energy density of the laser beam is the lowest (the position where the beam diameter of the laser beam is the largest), the energy when the laser beam is transmitted Loss can be suppressed, and burning of the shutter member when the laser beam is blocked can be prevented.

また、第1の発明及び第2の発明によれば、焦点距離が比較的短く、且つ安価な球状のボールレンズを使用することで、より小型化することが可能な、比較的安価なレーザ着火式点火具を実現することができる。
また、ボールレンズは、レンズ中心をレーザ光の光軸上に配置するだけで良く、特にレンズの光軸の傾きを意識する必要がないので、組み付け性が良い。
Further, according to the first and second inventions, a relatively inexpensive laser ignition that can be further reduced in size by using an inexpensive spherical ball lens having a relatively short focal length. Type igniter can be realized.
In addition, the ball lens only has to be arranged on the optical axis of the laser beam, and it is not necessary to be aware of the inclination of the optical axis of the lens.

また、第2の発明によれば、より大きな屈折率を有する集光レンズを用いて、光軸方向における集光レンズの厚さをより薄くすることができるので、レーザ着火式点火具をより小型にすることができる。   Further, according to the second invention, the thickness of the condensing lens in the optical axis direction can be made thinner by using the condensing lens having a larger refractive index, so that the laser ignition type igniter can be made smaller. Can be.

次に、本発明の第3の発明は、上記第2の発明に係るレーザ着火式点火具であって、前記点火薬側平面と前記点火薬との間には、前記レーザ光が透過可能であるとともに略平板状である平板状透過部材が配置されている、レーザ着火式点火具である。   Next, a third invention of the present invention is the laser ignition type igniter according to the second invention, wherein the laser beam can be transmitted between the igniter side plane and the igniter. A laser-ignited igniter in which a flat plate-shaped transmitting member that is substantially flat is disposed.

この第3の発明によれば、平板状透過部材を用いることで、集光レンズの焦点距離の長さ等を調節することができるので、便利である。   According to the third aspect of the invention, the use of the flat plate-like transmission member is convenient because the focal length of the condensing lens can be adjusted.

次に、本実施の形態に記載のレーザ着火式点火具は、前記平板状透過部材を有している場合、前記点火薬は、前記レーザ光の光軸上であって前記点火薬に対向している前記平板状透過部材の表面に接する位置に配置され、前記レーザ光の光軸上であって前記点火薬における前記平板状透過部材の側の表面の近傍が前記レーザ光の焦点位置となるように前記集光レンズと前記平板状透過部材が構成されている。
また、前記平板状透過部材を有していない場合、前記点火薬は、前記レーザ光の光軸上であって前記点火薬に対向している前記集光レンズの表面に接する位置に配置され、前記レーザ光の光軸上であって前記点火薬における前記集光レンズの側の表面の近傍が前記レーザ光の焦点位置となるように前記集光レンズが構成されている、レーザ着火式点火具である。
Next, when the laser ignition type igniter described in the present embodiment includes the flat plate-shaped transmission member, the ignition agent is on the optical axis of the laser beam and faces the ignition agent. It is disposed at a position in contact with the surface of the flat plate-shaped transmitting member, and the focal position of the laser beam is on the optical axis of the laser beam and in the vicinity of the surface of the ignition agent on the flat plate-shaped transmitting member side. Thus, the condensing lens and the flat plate-shaped transmission member are configured.
Further, when the flat plate-shaped transmission member is not provided, the igniting agent is disposed at a position on the optical axis of the laser light and in contact with the surface of the condenser lens facing the igniting agent, A laser ignition type igniter in which the condensing lens is configured such that a vicinity of a surface of the igniting agent on the condensing lens side is a focal position of the laser light on the optical axis of the laser light It is.

本実施の形態に記載のレーザ着火式点火具では、点火薬を集光レンズまたは平板状透過部材に接触する位置に配置するので、点火薬の装填位置の位置決めが容易である。
また、点火薬を球面に装填するのでなく平面に装填することができるので、点火薬の装填が容易である。更に、点火薬を圧縮しながら装填する場合、球面でなく平面に装填するので、容易に点火薬の圧力を均一にすることができる。
In the laser ignition type igniter described in the present embodiment, the igniting agent is disposed at a position in contact with the condenser lens or the flat plate-shaped transmission member, and therefore, the positioning position of the igniting agent is easy.
In addition, since the igniting agent can be loaded not on the spherical surface but on the flat surface, the igniting agent can be easily loaded. Furthermore, when the igniting agent is loaded while being compressed, the igniting agent can be easily made uniform in pressure because it is loaded on a flat surface instead of a spherical surface.

次に、本実施の形態に記載のレーザ着火式点火具は、前記平板状透過部材を有している場合、前記点火薬は、前記レーザ光の光軸上であって前記点火薬に対向している前記平板状透過部材の表面から前記光軸に沿って所定距離だけ離れた位置に配置され、前記レーザ光の光軸上であって前記点火薬における前記平板状透過部材の側の表面の近傍が焦点位置となるように前記集光レンズと前記平板状透過部材が構成されており、前記平板状透過部材と前記点火薬との間は前記レーザ光が透過可能であるとともに断熱性を有する断熱透過部材にて埋められている。
また、前記平板状透過部材を有していない場合、前記点火薬は、前記レーザ光の光軸上であって前記点火薬に対向している前記集光レンズの表面から前記光軸に沿って所定距離だけ離れた位置に配置され、前記レーザ光の光軸上であって前記点火薬における前記集光レンズの側の表面の近傍が前記レーザ光の焦点位置となるように前記集光レンズが構成されており、前記集光レンズと前記点火薬との間は前記レーザ光が透過可能であるとともに断熱性を有する断熱透過部材にて埋められている、レーザ着火式点火具である。
Next, when the laser ignition type igniter described in the present embodiment includes the flat plate-shaped transmission member, the ignition agent is on the optical axis of the laser beam and faces the ignition agent. Is disposed at a position a predetermined distance away from the surface of the flat plate-shaped transmitting member along the optical axis, and is on the optical axis of the laser beam and on the surface of the ignition material on the side of the flat plate-shaped transmitting member. The condensing lens and the flat plate-shaped transmission member are configured so that the vicinity is a focal position, and the laser beam can be transmitted between the flat plate-shaped transmission member and the ignition agent and has heat insulation properties. It is filled with a heat insulating transmission member.
Further, when the flat plate-shaped transmission member is not provided, the igniting agent is along the optical axis from the surface of the condensing lens that is on the optical axis of the laser beam and faces the igniting agent. The condensing lens is disposed at a position separated by a predetermined distance, and the condensing lens is on the optical axis of the laser light so that the vicinity of the surface of the condensing lens on the condensing lens side is the focal position of the laser light. A laser ignition type igniter that is configured and is filled with a heat transmissive member having heat insulation properties and capable of transmitting the laser light between the condenser lens and the ignition agent.

本実施の形態に記載のレーザ着火式点火具では、集光レンズの焦点位置を、集光レンズ(あるいは平板状透過部材)から離れた位置に設定するので、集光されたレーザ光のエネルギーが集光レンズまたは平板状透過部材に伝導されて低下することを防止することができる。また、集光レンズと点火薬との間を、レーザ光を透過するとともに断熱性を有する断熱透過部材で埋めることで、レーザ光のエネルギーロスを抑制するとともに点火薬の位置決めも容易なレーザ着火式点火具を実現することができる。   In the laser ignition type igniter described in the present embodiment, the focal position of the condensing lens is set at a position away from the condensing lens (or the flat plate-shaped transmitting member), so that the energy of the condensed laser light is It is possible to prevent the conductive lens or the plate-like transmitting member from being lowered. In addition, by filling the gap between the condensing lens and the igniting agent with a heat-insulating and transmitting member that transmits laser light and has heat insulating properties, the laser ignition type that suppresses the energy loss of the laser light and also facilitates positioning of the igniting agent. An igniter can be realized.

(A)は、レーザダイオード20を内蔵したレーザ着火式点火具1を構成する各部材を説明する斜視図であり、(B)は、各部材を組み付けたレーザ着火式点火具1をレーザ光LBの光軸ZLに沿って切断した断面図である。(A) is a perspective view explaining each member which comprises the laser ignition type igniter 1 which incorporated the laser diode 20, (B) is a laser beam LB with the laser ignition type igniter 1 which assembled | attached each member. It is sectional drawing cut | disconnected along the optical axis ZL. レーザダイオード20から出射されたレーザ光LBを点火薬42に集光するコリメートレンズ31、集光レンズ32、シャッタ部材70の構造の例を説明する図であり、点火薬42と集光レンズ32(または平板状透過部材33)とが接触するように点火薬42を配置した例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the structure of the collimating lens 31, the condensing lens 32, and the shutter member 70 which condenses the laser beam LB radiate | emitted from the laser diode 20 to the ignition agent 42, and the ignition agent 42 and the condensing lens 32 ( Or it is a figure explaining the example which has arrange | positioned the ignition powder 42 so that the flat transmission member 33) may contact. レーザダイオード20から出射されたレーザ光LBを点火薬42に集光するコリメートレンズ31、集光レンズ32、シャッタ部材70の構造の例を説明する図であり、点火薬42と集光レンズ32(または平板状透過部材33)との間の所定距離D2が断熱透過部材41にて埋められている(充填されている)例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the structure of the collimating lens 31, the condensing lens 32, and the shutter member 70 which condenses the laser beam LB radiate | emitted from the laser diode 20 to the ignition agent 42, and the ignition agent 42 and the condensing lens 32 ( Or it is a figure explaining the example by which the predetermined distance D2 between flat transmission member 33) is filled with the heat insulation transmission member 41 (filled). レーザダイオード20から出射されたレーザ光LBを点火薬42に集光するコリメートレンズ31、集光レンズ32、シャッタ部材70の構造の例を説明する図であり、点火薬42と集光レンズ32(または平板状透過部材33)との間に所定距離D2の空間が形成されている例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the structure of the collimating lens 31, the condensing lens 32, and the shutter member 70 which condenses the laser beam LB radiate | emitted from the laser diode 20 to the ignition agent 42, and the ignition agent 42 and the condensing lens 32 ( Or it is a figure explaining the example in which the space of the predetermined distance D2 is formed between the flat transmission member 33). レーザダイオード20から出射されたレーザ光LBを点火薬42に集光するコリメートレンズ31、集光レンズ32、シャッタ部材70の構造の例を説明する図であり、点火薬42と集光レンズ32(または平板状透過部材33)との間の所定距離D2が断熱透過部材41にて埋められている(充填されている)例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the structure of the collimating lens 31, the condensing lens 32, and the shutter member 70 which condenses the laser beam LB radiate | emitted from the laser diode 20 to the ignition agent 42, and the ignition agent 42 and the condensing lens 32 ( Or it is a figure explaining the example by which the predetermined distance D2 between flat transmission member 33) is filled with the heat insulation transmission member 41 (filled).

以下に本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。
●[レーザダイオード20を内蔵したレーザ着火式点火具1の全体構成(図1)]
まず図1(A)及び(B)を用いて、レーザ着火式点火具1の一実施の形態の全体構成について説明する。図1(A)及び(B)に示す例は、偏光性を有するレーザ光を発生させるレーザダイオード20を内蔵した例を示している。
レーザ着火式点火具1は、ダイオードホルダ61、レーザダイオード20(レーザ発振装置に相当)、コリメートレンズ31、シャッタ部材70、集光レンズ32、スペーサ11、断熱透過部材41、点火薬42、点火薬ホルダ62、主装薬50、キャップ63等がケース10内に収容されて構成されている。ケース10内の一方端(図1では左側端部)にレーザダイオード20が収容され、レーザダイオード20のレーザ光出力窓の軸線である光軸ZL上に、コリメートレンズ31とシャッタ部材70と集光レンズ32と点火薬42が収容されている。
また、後述する図2の例に示すように、断熱透過部材41は省略しても良い。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated using drawing.
● [Overall configuration of laser ignition type igniter 1 incorporating laser diode 20 (FIG. 1)]
First, the overall configuration of an embodiment of the laser ignition type igniter 1 will be described with reference to FIGS. The example shown in FIGS. 1A and 1B shows an example in which a laser diode 20 that generates laser light having polarization is built.
The laser ignition type igniter 1 includes a diode holder 61, a laser diode 20 (corresponding to a laser oscillation device), a collimator lens 31, a shutter member 70, a condensing lens 32, a spacer 11, a heat insulating transmission member 41, an ignition agent 42, and an ignition agent. A holder 62, main charge 50, cap 63, and the like are housed in the case 10. The laser diode 20 is accommodated at one end (the left end portion in FIG. 1) in the case 10, and the collimating lens 31, the shutter member 70, and the light condensing on the optical axis ZL that is the axis of the laser light output window of the laser diode 20. The lens 32 and the ignition powder 42 are accommodated.
Moreover, as shown in the example of FIG. 2 described later, the heat insulating transmission member 41 may be omitted.

レーザダイオード20は、端子20Aに電源が供給されると発光部Fsからレーザ光LBを出射する。また本実施の形態では、偏光性を有するレーザ光LBを出射するレーザダイオード20を用いている。なお出射されたレーザ光LBの光軸を光軸ZLにて示す。そしてレーザダイオード20は、ダイオードホルダ61にてケース10に保持されている。
出射されたレーザ光LBは、所定の拡がり角を有して円錐状に拡がるため、コリメートレンズ31と集光レンズ32にて構成されたレンズ群30を用いて、点火薬42の表面近傍に集光される。
コリメートレンズ31は、レーザダイオード20から出射されたレーザ光LBを平行光に変換する。図1(A)及び(B)に示す例では、コリメートレンズ31は略球体のボールレンズであり、レーザダイオード20の発光部Fsまでの距離が焦点距離f1とほぼ一致するように設定されている。
集光レンズ32は、平行光に変換されたレーザ光LBを、点火薬42の表面近傍と光軸ZLとの交点となる集光位置Fgに向けて集光する。図1(A)及び(B)に示す例では、集光レンズ32は略球体のボールレンズであり、集光位置Fgまでの距離が焦点距離f2とほぼ一致するように設定されている。
The laser diode 20 emits a laser beam LB from the light emitting unit Fs when power is supplied to the terminal 20A. In the present embodiment, a laser diode 20 that emits a laser beam LB having polarization is used. The optical axis of the emitted laser beam LB is indicated by the optical axis ZL. The laser diode 20 is held in the case 10 by a diode holder 61.
Since the emitted laser beam LB has a predetermined divergence angle and spreads in a conical shape, it is collected near the surface of the igniting agent 42 using the lens group 30 including the collimating lens 31 and the condenser lens 32. Lighted.
The collimating lens 31 converts the laser light LB emitted from the laser diode 20 into parallel light. In the example shown in FIGS. 1A and 1B, the collimating lens 31 is a substantially spherical ball lens, and is set so that the distance to the light emitting portion Fs of the laser diode 20 substantially matches the focal length f1. .
The condensing lens 32 condenses the laser beam LB converted into parallel light toward a condensing position Fg that is an intersection between the vicinity of the surface of the ignition agent 42 and the optical axis ZL. In the example shown in FIGS. 1A and 1B, the condensing lens 32 is a substantially spherical ball lens, and is set so that the distance to the condensing position Fg substantially coincides with the focal length f2.

シャッタ部材70は、例えば電気式の液晶シャッタであり、端子70Aに電源が接続され、偏光性を有するレーザ光LBの透過と遮断を制御可能である。シャッタ部材70は、例えば非通電時ではレーザ光LBを遮断し、通電時ではレーザ光LBを透過するように方向が調整されて配置されている。シャッタ部材70としては、例えば電圧で偏光面を制御可能な液晶板に偏光板が接合された一般的な構造のものが使用される。この場合、液晶板は、電圧を印加した場合に偏光板と偏光方向が一致するように設定されており、電圧を印加しない場合に偏光板に対して偏光方向が90度回転するように設定されている。また、偏光性を有するレーザ光LBを出射するレーザダイオード20を用いることで、互いに偏光方向が直交する2枚のシャッタ部材を必要とせず、1枚のシャッタ部材70にてレーザ光LBの透過と遮断を制御しており、高い透過率を確保している。
なお、図1の例ではコリメートレンズ31と集光レンズ32との間にシャッタ部材70を配置している。コリメートレンズ31と集光レンズ32との間ではレーザ光LBが平行光となっているので、シャッタ部材70を配置するためにコリメートレンズ31と集光レンズ32との間隔を任意に設定することが可能であり、焦点距離を考慮する必要がない。また、コリメートレンズ31と集光レンズ32の間はレーザ光LBのビーム径が最も大きくエネルギー密度が最も小さいため、レーザ光LBの透過時ではエネルギーロスがより小さく、且つレーザ光LBの遮断時ではシャッタ部材70の焼損を防止することができるので、より好ましい。
安全装置としてシャッタ部材70を設けることで、誤信号でレーザ光LBが発生した場合であっても(光ファイバ等から入力された場合であっても)、点火薬42の着火を防止することが可能であり、安全性を向上させることができる。
またシャッタ部材70は、薄い板状であって電圧で制御できるのでモータ等の駆動装置を必要とせず、レーザ着火式点火具1に内蔵しても、充分に小型化を実現できる。
The shutter member 70 is, for example, an electric liquid crystal shutter. A power source is connected to the terminal 70A, and transmission and blocking of the laser beam LB having polarization can be controlled. The shutter member 70 is arranged, for example, so that the direction is adjusted so that the laser beam LB is blocked when not energized and the laser beam LB is transmitted when energized. As the shutter member 70, for example, one having a general structure in which a polarizing plate is bonded to a liquid crystal plate whose polarization plane can be controlled by a voltage is used. In this case, the liquid crystal plate is set so that the polarization direction coincides with the polarizing plate when a voltage is applied, and is set so that the polarization direction rotates 90 degrees with respect to the polarizing plate when no voltage is applied. ing. In addition, by using the laser diode 20 that emits the laser beam LB having polarization, two shutter members whose polarization directions are orthogonal to each other are not required, and the laser beam LB can be transmitted through one shutter member 70. Blocking is controlled and high transmittance is secured.
In the example of FIG. 1, a shutter member 70 is disposed between the collimating lens 31 and the condenser lens 32. Since the laser beam LB is parallel light between the collimating lens 31 and the condensing lens 32, the interval between the collimating lens 31 and the condensing lens 32 can be arbitrarily set in order to arrange the shutter member 70. Yes, it is not necessary to consider the focal length. In addition, since the beam diameter of the laser beam LB is the largest and the energy density is the smallest between the collimating lens 31 and the condenser lens 32, the energy loss is smaller when the laser beam LB is transmitted, and when the laser beam LB is blocked. Since the burning of the shutter member 70 can be prevented, it is more preferable.
By providing the shutter member 70 as a safety device, it is possible to prevent ignition of the igniting agent 42 even when the laser beam LB is generated due to an erroneous signal (even when input from an optical fiber or the like). It is possible and can improve safety.
Further, since the shutter member 70 is a thin plate and can be controlled by a voltage, a driving device such as a motor is not required, and even if it is built in the laser ignition type igniter 1, a sufficiently small size can be realized.

断熱透過部材41は、レーザ光LBを透過するとともに断熱性を有する部材であり、点火薬42と集光レンズ32との間を埋めるスペーサの役割を果たす。
点火薬42は、レーザ光LBにて直接的に着火される火薬である。
また、断熱透過部材41と点火薬42は、点火薬ホルダ62にてケース10内に保持されている。
主装薬50は、点火薬42の燃焼によって着火燃焼し、イグナイタとして必要な熱量や多量の熱粒子や破片を発生する火薬成分であり、必要な熱量等に応じて適宜分量が調整される。
ケース10は、例えば耐圧性の金属ケースであり、キャップ63は、例えば樹脂製もしくは金属製である。また、ケース10内には、コリメートレンズ31の径、及び集光レンズ32の径の内径を有するスペーサ11が収容されている。
そして点火薬42と主装薬50の燃焼生成物は、ケース10の他方端(図1では右側端部)のキャップ63を破って噴出する構造を有している。
The heat insulating and transmitting member 41 is a member that transmits the laser beam LB and has heat insulating properties, and serves as a spacer that fills the space between the ignition agent 42 and the condenser lens 32.
The ignition powder 42 is a powder that is directly ignited by the laser beam LB.
Further, the heat insulating and permeable member 41 and the igniting agent 42 are held in the case 10 by the igniting agent holder 62.
The main charge 50 is an explosive component that is ignited and combusted by the combustion of the igniting powder 42 and generates a quantity of heat necessary for the igniter and a large amount of hot particles and debris, and the amount is appropriately adjusted according to the necessary quantity of heat.
The case 10 is a pressure-resistant metal case, for example, and the cap 63 is made of, for example, resin or metal. Further, in the case 10, a spacer 11 having a diameter of the collimating lens 31 and an inner diameter of the diameter of the condenser lens 32 is accommodated.
The combustion products of the igniting agent 42 and the main charge 50 have a structure in which the cap 63 at the other end (right end portion in FIG. 1) of the case 10 is broken and ejected.

レーザ着火式点火具1は、上記に記載したケース10を除く全ての構成部品がケース10内に収容され、レーザダイオード20の端子20Aとシャッタ部材70の端子70Aに電源を接続するだけで良いので、取り扱いが容易である。
なお、レーザダイオード20は、入手が容易で安価な、近赤外から可視光の波長を有するものが好ましい。そしてレーザ光の出力は、短時間で点火薬を着火するエネルギーが必要であるので、例えば0.2[W]以上、好ましくは0.5[W]以上の出力を有するものが必要である。なお、0.5[W]出力のレーザダイオードであっても、5〜6[mm]程度の大きさであり、充分小型である。また、高出力のレーザダイオードほど、レーザ照射の開始から着火までの時間が短く、例えば0.5[W]以上であれば、1[ms]以下の短い着火遅れ時間を実現することができる。
In the laser ignition type igniter 1, all the components except the case 10 described above are accommodated in the case 10, and it is only necessary to connect a power source to the terminal 20A of the laser diode 20 and the terminal 70A of the shutter member 70. Easy to handle.
The laser diode 20 is preferably easily available and inexpensive and has a wavelength of near infrared to visible light. Since the laser beam output requires energy for igniting the igniting agent in a short time, for example, an output having an output of 0.2 [W] or more, preferably 0.5 [W] or more is required. Even a laser diode with 0.5 [W] output has a size of about 5 to 6 [mm] and is sufficiently small. In addition, the higher the output power of the laser diode, the shorter the time from the start of laser irradiation to the ignition, for example, if it is 0.5 [W] or more, a short ignition delay time of 1 [ms] or less can be realized.

また点火薬42は、例えば過塩素酸カリウム・ジルコニウム混合物や、硝酸カリウム・ボロン混合物等、一般的な点火具に使用されている点火薬を使用できる。なお、点火薬にカーボンブラックのような黒色の成分を1[%]〜5[%]程度、含有させると、レーザ光LBの吸収率が向上し、比較的低出力のレーザダイオードであっても、着火遅れ時間をより短くすることができるので、好ましい。
また主装薬50としては、例えば硝酸カリウム・ボロン混合物や、過塩素酸カリウム・アルミニウム混合物等、一般的な点火薬成分のものを使用できる。
またレーザ着火式点火具1をデトネータ(起爆装置、雷管等)として使用する場合は、点火薬42として、例えばアジ化鉛やDDNP(ジアゾジニトロフェノール)のような起爆薬を使用し、主装薬としてペンスリットやHMX(オクトーゲン)のような爆薬成分を使用できる。
また断熱透過部材41は、レーザ光LBの透過に伴う減衰の少ない部材であるとともに断熱性を有する部材である。集光レンズ32と点火薬42との間に所定距離D2を設け、その所定距離D2を、この断熱透過部材41にて埋めることで、集光レンズ32の半径、焦点距離、屈折率の設計自由度を向上(後述の(式1)参照)させることができるとともに、点火薬42の位置決めを容易にすることができる。
また断熱透過部材41の材質としては、例えば透明アクリル樹脂のほか、LEDの封止剤に使用されている透明エポキシ樹脂や透明シリコン樹脂等が使用可能である。
As the igniting agent 42, for example, an igniting agent used in a general igniter such as a potassium perchlorate / zirconium mixture or a potassium nitrate / boron mixture can be used. If the black component such as carbon black is included in the ignition agent in an amount of about 1 [%] to 5 [%], the absorption rate of the laser beam LB is improved, and even a laser diode having a relatively low output can be obtained. This is preferable because the ignition delay time can be further shortened.
As the main charge 50, for example, a general igniter component such as a potassium nitrate / boron mixture or a potassium perchlorate / aluminum mixture can be used.
Further, when the laser ignition type igniter 1 is used as a detonator (detonator, detonator, etc.), an igniting agent such as lead azide or DDNP (diazodinitrophenol) is used as the igniting agent 42, and the main charge. Explosive components such as pen slits and HMX (Octogen) can be used.
Further, the heat insulating and transmitting member 41 is a member having a heat insulating property as well as a member having little attenuation due to the transmission of the laser beam LB. A predetermined distance D2 is provided between the condensing lens 32 and the igniting agent 42, and the predetermined distance D2 is filled with the heat insulating transmission member 41 so that the radius, focal length, and refractive index of the condensing lens 32 can be freely designed. The degree can be improved (see (Formula 1) described later), and the positioning of the igniting agent 42 can be facilitated.
Moreover, as a material of the heat insulation transmission member 41, the transparent epoxy resin used for the sealing agent of LED other than a transparent acrylic resin, a transparent silicon resin, etc. can be used, for example.

図1(A)及び(B)に示す例では、コリメートレンズ31と集光レンズ32の双方をボールレンズとしている。ボールレンズは、球体でない一般的な凸レンズと比較して、曲率が大きいため焦点距離が短く、製造も比較的容易で安価である。また、球体であるため、2個使用してもレンズ中心O1、O2を光軸ZLに合致させるだけでレンズ光軸の傾きを意識する必要が無く、光軸調整が容易である。従って、ボールレンズを用いることで、レーザ着火式点火具1の光軸ZL方向の長さをより短くしてより小型化できるとともに、組み付けも容易とすることができる。また、2個のレンズでレーザ光を集光してエネルギー密度を高くするので、小型のレーザダイオードで良く、さらにレーザ着火式点火具1を小型化することができる。   In the example shown in FIGS. 1A and 1B, both the collimating lens 31 and the condenser lens 32 are ball lenses. Compared with a general convex lens that is not a sphere, the ball lens has a large curvature and thus has a short focal length, and is relatively easy and inexpensive to manufacture. In addition, since it is a sphere, it is not necessary to be aware of the inclination of the lens optical axis by simply aligning the lens centers O1 and O2 with the optical axis ZL, and the optical axis can be easily adjusted. Therefore, by using the ball lens, the length of the laser ignition type igniter 1 in the direction of the optical axis ZL can be shortened and further downsized, and the assembly can be facilitated. Further, since the energy density is increased by condensing the laser light with two lenses, a small laser diode may be used, and the laser ignition type igniter 1 can be further downsized.

次に図1(B)を用いて、コリメートレンズ31と集光レンズ32の焦点距離、屈折率等について説明する。
一般的なレーザダイオード20は、発光部Fsから透過窓面(レーザダイオード表面)までの距離である発光部距離D1は、約1[mm]である。従って、レーザダイオード20の透過窓にコリメートレンズ31を接触させて配置する場合、レンズ表面から焦点までの距離が1[mm]のレンズが好ましいことになる。
ここで、球状のコリメートレンズ31の屈折率をN1、焦点距離をf1、レンズ半径をR1とすると、以下の式が成立する。
焦点距離f1=屈折率N1*レンズ半径R1/[2*(屈折率N1−1)] (式1)
なおこの場合、焦点距離f1=レンズ半径R1+発光部距離D1=2+1=3[mm]である。
上記の(式1)に、焦点距離f1=3[mm]、レンズ半径R1=2[mm]を代入すると、屈折率N1=1.5が算出され、この屈折率1.5程度の材質でコリメートレンズ31を形成する必要があることがわかる。
なお、屈折率N1<1.5の場合は、焦点距離f1が伸びるが、レンズ半径R1を小さくすれば同等の焦点距離にすることができる。例えばレンズ半径R1=1.75[mm]に設定した場合、焦点距離f1=レンズ半径R1+発光部距離D1=1.75+1=2.75[mm]であり、(式1)から屈折率N1≒1.469となる。この場合、コリメートレンズ31のレンズ半径R1をより小さくできるので、レーザ着火式点火具1を、より小型にすることができる。
Next, the focal length, refractive index, and the like of the collimating lens 31 and the condenser lens 32 will be described with reference to FIG.
In the general laser diode 20, a light emitting portion distance D1 that is a distance from the light emitting portion Fs to the transmission window surface (laser diode surface) is about 1 [mm]. Therefore, when the collimating lens 31 is disposed in contact with the transmission window of the laser diode 20, a lens having a distance of 1 [mm] from the lens surface to the focal point is preferable.
Here, when the refractive index of the spherical collimating lens 31 is N1, the focal length is f1, and the lens radius is R1, the following expression is established.
Focal length f1 = refractive index N1 * lens radius R1 / [2 * (refractive index N1-1)] (Formula 1)
In this case, focal length f1 = lens radius R1 + light emitting portion distance D1 = 2 + 1 = 3 [mm].
If the focal length f1 = 3 [mm] and the lens radius R1 = 2 [mm] are substituted into the above (Equation 1), the refractive index N1 = 1.5 is calculated. It can be seen that the collimating lens 31 needs to be formed.
Note that, when the refractive index N1 <1.5, the focal length f1 increases, but if the lens radius R1 is reduced, the focal length can be made equivalent. For example, when the lens radius R1 = 1.75 [mm] is set, the focal length f1 = the lens radius R1 + the light emitting portion distance D1 = 1.75 + 1 = 2.75 [mm], and the refractive index N1≈ from (Equation 1). 1.469. In this case, since the lens radius R1 of the collimating lens 31 can be made smaller, the laser ignition type igniter 1 can be made smaller.

また、集光レンズ32の屈折率をN2、レンズ半径をR2、焦点距離をf2として、レンズ表面から所定距離D2だけ離れた集光位置Fgが焦点となるように集光レンズ32を設計する。例えば所定距離D2=1[mm]、レンズ半径R2=2[mm]、焦点距離f2=レンズ半径R2+所定距離D2=2+1=3[mm]であり、これらを(式1)に代入して、屈折率N2=1.5を得ることができる。この場合、コリメートレンズ31と集光レンズ32を、同一のボールレンズとすることができるので、組み付け時に混同することもなく、容易に組み付けることができる(径は同じだが屈折率が異なる場合は混同しやすく、誤組み付けが発生しやすい)。
なお、レーザ着火式点火具1を、より小型化するためには、集光位置Fgを集光レンズ32の表面により近い位置にすることが好ましい。例えばレンズ半径R2=2[mm]、集光位置Fgがレンズ表面に接する位置となるように焦点距離f2=2[mm]とした場合(所定距離D2=ゼロ)、(式1)より屈折率N2=2を得ることができる。
また例えば、集光位置Fgを集光レンズ32より0.2[mm]離した位置に設定し、レンズ半径R2=1.75[mm]とした場合、(式1)より、屈折率N2≒1.815を得ることができる。
The condenser lens 32 is designed so that the condenser position Fg separated from the lens surface by a predetermined distance D2 is a focal point, where the refractive index of the condenser lens 32 is N2, the lens radius is R2, and the focal length is f2. For example, predetermined distance D2 = 1 [mm], lens radius R2 = 2 [mm], focal length f2 = lens radius R2 + predetermined distance D2 = 2 + 1 = 3 [mm], and these are substituted into (Equation 1), A refractive index N2 = 1.5 can be obtained. In this case, since the collimating lens 31 and the condenser lens 32 can be the same ball lens, they can be easily assembled without being confused at the time of assembling (if the diameter is the same but the refractive index is different, they are confused). Easy to misassemble).
In order to further reduce the size of the laser ignition type igniter 1, it is preferable to set the condensing position Fg closer to the surface of the condensing lens 32. For example, when the lens radius R2 = 2 [mm] and the focal length f2 = 2 [mm] so that the condensing position Fg is in contact with the lens surface (predetermined distance D2 = 0), the refractive index is obtained from (Equation 1). N2 = 2 can be obtained.
Further, for example, when the condensing position Fg is set at a position 0.2 [mm] away from the condensing lens 32 and the lens radius R2 = 1.75 [mm], the refractive index N2≈ from Equation (1). 1.815 can be obtained.

また、以下に説明する図2、図3は、図1(B)に示すレーザ着火式点火具1から、レーザダイオード20、コリメートレンズ31、シャッタ部材70、集光レンズ32、点火薬42、断熱透過部材41を抽出しており、レーザダイオード20から出射されたレーザ光LBを点火薬42に集光するコリメートレンズ31、集光レンズ32の種々の構成の例を説明する図である。なお、図1〜図3において、レーザダイオード20は、全て同じものを用いている。   2 and 3 to be described below are the laser ignition type igniter 1 shown in FIG. 1B, the laser diode 20, the collimating lens 31, the shutter member 70, the condensing lens 32, the igniting agent 42, the heat insulation. It is a figure explaining the example of the various structures of the collimating lens 31 which has extracted the transmissive member 41, and condenses the laser beam LB radiate | emitted from the laser diode 20 to the ignition agent 42, and the condensing lens 32. FIG. 1 to 3, the same laser diode 20 is used.

●[レーザダイオード20から出射されたレーザ光LBを点火薬42に集光するコリメートレンズ31、集光レンズ32、シャッタ部材70の構成の例1(図2)]
図2(B)〜(E)に示す例は、断熱透過部材41が省略され、点火薬42を、集光レンズ32(または平板状透過部材33)に接触する位置に配置した例を示している。点火薬42を集光レンズ32(または平板状透過部材33)の表面に接するように充填すれば良いので、点火薬42の装填位置の微調整が不要であり、点火薬42の位置決めが容易である。
[Example 1 of configuration of collimating lens 31, condensing lens 32, and shutter member 70 that condenses laser beam LB emitted from laser diode 20 onto ignition agent 42 (FIG. 2)]
The examples shown in FIGS. 2B to 2E show an example in which the heat-insulating and transmitting member 41 is omitted and the igniting agent 42 is disposed at a position in contact with the condenser lens 32 (or the flat plate-shaped transmitting member 33). Yes. Since it is sufficient to fill the igniting agent 42 so as to be in contact with the surface of the condenser lens 32 (or the flat plate-shaped transmission member 33), fine adjustment of the loading position of the igniting agent 42 is unnecessary, and positioning of the igniting agent 42 is easy. is there.

以下図2(B)〜(E)の例において、コリメートレンズ31はボールレンズであり、図1の例に示したものと同じである。従って、図2(B)〜(E)の例の説明では、集光レンズ32について説明する。
図2(B)の例は、集光レンズ32がボールレンズであり、点火薬42を、集光レンズ32に接触する位置に配置した例を示している。図2(B)の例では、集光レンズ32の焦点距離f22=集光レンズ32の半径R2であり、半径R2=2[mm]とした場合、(式1)より、集光レンズ32の屈折率N2=2が得られる。
2B to 2E, the collimating lens 31 is a ball lens, which is the same as that shown in the example of FIG. Therefore, in the description of the example of FIGS. 2B to 2E, the condenser lens 32 will be described.
The example of FIG. 2B shows an example in which the condensing lens 32 is a ball lens and the igniting agent 42 is disposed at a position in contact with the condensing lens 32. In the example of FIG. 2B, when the focal length f22 of the condenser lens 32 = the radius R2 of the condenser lens 32 and the radius R2 = 2 [mm], A refractive index N2 = 2 is obtained.

図2(C)の例では、集光レンズ32は、コリメートレンズ31の側は球面であり、コリメートレンズ31と反対の側(点火薬42と対向する側)は、光軸ZLに直交する平面である点火薬側平面M1が形成されている。図2(C)の例では、焦点距離f23=1.75[mm]、半径R2=2[mm]とした場合、入射面が球面で焦点位置がレンズ表面であるので(式1)を適用可能であり、集光レンズ32の屈折率N2=2.3が得られる。この場合、点火薬42の装填個所が、球面でなく平面になるので、点火薬42の装填作業が容易となる。
この場合、点火薬側平面M1は集光レンズ32の半径R2よりも内側に位置するため、点火薬42の表面に焦点を合わせるためには、屈折率N2>2(好ましくは2.1〜2.2程度)の材質にて集光レンズ32を形成する必要がある。なお、より大きな屈折率を有する集光レンズ32を用いて、光軸方向における集光レンズ32の厚さをより薄くすることができるので、レーザ着火式点火具をより小型にすることができる。
In the example of FIG. 2C, the condensing lens 32 has a spherical surface on the side of the collimating lens 31, and the side opposite to the collimating lens 31 (side facing the ignition powder 42) is a plane orthogonal to the optical axis ZL. That is, the igniter side plane M1 is formed. In the example of FIG. 2C, when the focal length f23 = 1.75 [mm] and the radius R2 = 2 [mm], since the incident surface is a spherical surface and the focal position is the lens surface, (Equation 1) is applied. This is possible, and the refractive index N2 = 2.3 of the condenser lens 32 is obtained. In this case, since the place where the igniting agent 42 is loaded is not a spherical surface but a flat surface, the loading operation of the igniting agent 42 is facilitated.
In this case, since the igniter side plane M1 is located inside the radius R2 of the condenser lens 32, a refractive index N2> 2 (preferably 2.1 to 2 is preferable) in order to focus on the surface of the igniter 42. It is necessary to form the condenser lens 32 with a material of about. In addition, since the thickness of the condensing lens 32 in an optical axis direction can be made thinner using the condensing lens 32 which has a larger refractive index, a laser ignition type igniter can be reduced in size.

図2(D)の例では、集光レンズ32は、コリメートレンズ31の側は球面であり、コリメートレンズ31と反対の側(点火薬42と対向する側)は、光軸ZLに直交する平面である点火薬側平面M1が形成されており、集光レンズ32と点火薬42との間は、レーザ光LBを透過するとともに平板状である平板状透過部材33にて埋められている。例えば集光レンズ32の屈折率N2と、平板状透過部材33の屈折率N3と、を同じ屈折率に設定することで、焦点距離f24を平板状透過部材33の厚さL3だけ延長させることができる。図2(D)の例では、焦点距離f24=2[mm]、半径R2=2[mm]とした場合、(式1)等を参考にして、集光レンズ32の屈折率N2=2が得られる。また、点火薬42の装填個所が平面(平板状透過部材33の点火薬側平面M2)になるので、装填作業が容易である。また、円柱状の平板状透過部材33の底面の半径を集光レンズ32の球面部分の半径R2と同じにすると、ケース10内に収容した集光レンズ32の光軸の傾き(及び平板状透過部材33の光軸の傾き)を抑制することができる。   In the example of FIG. 2D, the condensing lens 32 has a spherical surface on the side of the collimating lens 31, and the side opposite to the collimating lens 31 (side facing the ignition powder 42) is a plane orthogonal to the optical axis ZL. Is formed, and the condensing lens 32 and the igniting agent 42 are filled with a flat plate-shaped transmitting member 33 that transmits the laser beam LB and has a flat plate shape. For example, by setting the refractive index N2 of the condenser lens 32 and the refractive index N3 of the flat plate-shaped transmission member 33 to the same refractive index, the focal length f24 can be extended by the thickness L3 of the flat plate-shaped transmission member 33. it can. In the example of FIG. 2D, when the focal length f24 = 2 [mm] and the radius R2 = 2 [mm], the refractive index N2 = 2 of the condenser lens 32 is set with reference to (Equation 1) and the like. can get. In addition, since the place where the igniting agent 42 is loaded is a plane (the igniting agent side plane M2 of the flat plate-shaped transmission member 33), the loading operation is easy. Further, if the radius of the bottom surface of the cylindrical flat plate transmission member 33 is the same as the radius R2 of the spherical surface portion of the condensing lens 32, the inclination of the optical axis of the condensing lens 32 housed in the case 10 (and the flat plate transmission). The inclination of the optical axis of the member 33 can be suppressed.

図2(E)の例では、図2(D)の例に対して、集光レンズ32における点火薬側平面M1が集光レンズ32のレンズ中心O2を通る面であり、円柱状の平板状透過部材33の底面の半径が集光レンズ32の球面部分の半径R2と同じである。図2(E)の例では、集光レンズ32の屈折率N2=平板状透過部材33の屈折率N3、焦点距離f25=2[mm]、半径R2=2[mm]とした場合、(式1)等を参考にして、集光レンズ32の屈折率N2=2が得られる。また、点火薬42の装填個所が平面になるので、装填作業が容易である。また、図2(D)の例に対して、平板状透過部材33の厚さD3が、より厚くなるので、ケース10内における集光レンズ32の収まりが良く、光軸の傾きをさらに抑制することができる。
この場合、ハーフボール状の集光レンズ32と平板状透過部材33の屈折率N2、N3をどちらも屈折率=2に設定すると、平板状透過部材33の厚さD3=レンズ半径R2=2[mm]に設定すれば良い。
In the example of FIG. 2 (E), the igniter side plane M1 in the condenser lens 32 is a surface passing through the lens center O2 of the condenser lens 32, and is a cylindrical flat plate shape as compared with the example of FIG. 2 (D). The radius of the bottom surface of the transmissive member 33 is the same as the radius R2 of the spherical portion of the condenser lens 32. In the example of FIG. 2E, when the refractive index N2 of the condenser lens 32 = the refractive index N3 of the flat plate-shaped transmission member 33, the focal length f25 = 2 [mm], and the radius R2 = 2 [mm], With reference to 1), the refractive index N2 = 2 of the condenser lens 32 is obtained. Moreover, since the loading location of the ignition powder 42 is flat, the loading operation is easy. In addition, as compared with the example of FIG. 2D, the thickness D3 of the flat plate-shaped transmission member 33 is thicker, so that the condensing lens 32 is better accommodated in the case 10, and the inclination of the optical axis is further suppressed. be able to.
In this case, if the refractive indexes N2 and N3 of the half-ball condensing lens 32 and the flat plate-shaped transmission member 33 are both set to refractive index = 2, the thickness D3 of the flat plate-shaped transmission member 33 = the lens radius R2 = 2 [ mm].

●[レーザダイオード20から出射されたレーザ光LBを点火薬42に集光するコリメートレンズ31、集光レンズ32、シャッタ部材70の構成の例3(図3)]
図3(B)〜(E)に示す例は、集光レンズ32と点火薬42との間に設けた所定距離D2の空間を、断熱透過部材41にて埋めた例を示している。断熱透過部材41は、レーザ光LBの透過に伴う減衰の少ない部材であるとともに、断熱性を有する部材である。これにより、エネルギーロスを低減することができるとともに、点火薬42を装填する際の位置決めが容易である。なお、この所定距離D2は、図1に示す点火薬ホルダ62にて形成しても良いし、断熱透過部材41にて形成しても良い。また、この所定距離D2は、適宜設定される。
[Example 3 of configuration of collimating lens 31, condensing lens 32, and shutter member 70 that condenses laser light LB emitted from laser diode 20 onto ignition agent 42 (FIG. 3)]
The example shown in FIGS. 3B to 3E shows an example in which a space of a predetermined distance D <b> 2 provided between the condenser lens 32 and the igniting agent 42 is filled with the heat insulating transmission member 41. The heat-insulating and transmitting member 41 is a member that is less attenuated due to the transmission of the laser beam LB and has a heat insulating property. Thereby, while being able to reduce energy loss, positioning at the time of loading the igniting agent 42 is easy. The predetermined distance D2 may be formed by the igniter holder 62 shown in FIG. The predetermined distance D2 is set as appropriate.

図3(B)〜(E)に示す例のそれぞれは、所定距離D2を、断熱透過部材41にて埋めたものである。なお、断熱透過部材41には、レーザ光LBの透過性を有する結晶性の透明な火薬や、透明なアクリル樹脂等を用いることも可能であり、透明な火薬を用いた場合、着火時のエネルギーをより大きくすることができる。
なお、断熱透過部材41の屈折率N4は、焦点距離f2A〜f2Eに影響する。
また、図3(B)に示す例は、図1(A)及び(B)に示すレーザ着火式点火具1の構成と同じである。
In each of the examples shown in FIGS. 3B to 3E, the predetermined distance D <b> 2 is filled with the heat insulating transmission member 41. In addition, it is also possible to use a crystalline transparent explosive having transparency of the laser beam LB, a transparent acrylic resin, or the like for the heat insulating and transmitting member 41. When using a transparent explosive, the energy at the time of ignition is used. Can be made larger.
In addition, the refractive index N4 of the heat insulating transmission member 41 affects the focal lengths f2A to f2E.
Further, the example shown in FIG. 3B is the same as the configuration of the laser ignition type igniter 1 shown in FIGS. 1A and 1B.

以上に説明したように、レーザダイオード20と点火薬42との間に、コリメートレンズ31と集光レンズ32、あるいはコリメートレンズ31と集光レンズ32と平板状透過部材33、あるいはコリメートレンズ31と集光レンズ32と断熱透過部材41、あるいはコリメートレンズ31と集光レンズ32と平板状透過部材33と断熱透過部材41、の構成とする。これにより、レーザ光LBを点火薬42に集光してエネルギー密度を高めて着火可能であるので、比較的低出力のレーザダイオード20を使用してより低価格に構成することができる。また、レンズ半径、屈折率、レンズ形状を適切に設定することで、より小型化することが可能であるとともに、点火薬42の装填をより容易にすることができる。
またレーザ光の経路中にシャッタ部材70を設けることで、安全性をより向上させることができる。
As described above, between the laser diode 20 and the igniting agent 42, the collimating lens 31 and the condensing lens 32, or the collimating lens 31, the condensing lens 32 and the flat plate-shaped transmission member 33, or the collimating lens 31 and the concentrating lens 31. The optical lens 32 and the heat insulating transmission member 41 or the collimating lens 31, the condensing lens 32, the flat plate transmission member 33, and the heat insulating transmission member 41 are used. As a result, the laser beam LB can be focused on the igniting agent 42 to increase the energy density and can be ignited. Therefore, the laser diode 20 having a relatively low output can be used and the laser beam LB can be configured at a lower price. Further, by appropriately setting the lens radius, the refractive index, and the lens shape, the size can be further reduced, and the loading of the igniting agent 42 can be facilitated.
Further, the safety can be further improved by providing the shutter member 70 in the laser beam path.

本発明のレーザ着火式点火具1は、本実施の形態にて説明した外観、構造、構成、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また本実施の形態にて説明したレーザ着火式点火具1は、ロケットモータやガスジェネレータ用イグナイタの他にも、種々の用途に利用することが可能である。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(<)等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
The laser ignition type igniter 1 of the present invention is not limited to the appearance, structure, configuration, shape, etc. described in the present embodiment, and various modifications, additions, and deletions are possible without departing from the scope of the present invention. It is.
Further, the laser ignition type igniter 1 described in the present embodiment can be used for various purposes in addition to the rocket motor and the igniter for the gas generator.
The numerical values used in the description of the present embodiment are examples, and are not limited to these numerical values.
Further, the above (≧), the following (≦), the greater (>), the less (<), etc. may or may not include an equal sign.

1 レーザ着火式点火具
10 ケース
11 スペーサ
20 レーザダイオード
30 レンズ群
31 コリメートレンズ
32 集光レンズ
33 平板状透過部材
41 断熱透過部材
42 点火薬
50 主装薬
61 ダイオードホルダ
62 点火薬ホルダ
63 キャップ
70 シャッタ部材
D1 発光部距離
D2 所定距離
Fs 発光部
Fg 集光位置
LB レーザ光
O1、O2 レンズ中心
R1、R2 レンズ半径
f1、f2 焦点距離
ZL 光軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser ignition type igniter 10 Case 11 Spacer 20 Laser diode 30 Lens group 31 Collimating lens 32 Condensing lens 33 Flat plate transmission member 41 Heat insulation transmission member 42 Ignition agent 50 Main charge 61 Diode holder 62 Ignition agent holder 63 Cap 70 Shutter Member D1 Light emitting part distance D2 Predetermined distance Fs Light emitting part Fg Condensing position LB Laser light O1, O2 Lens center R1, R2 Lens radius f1, f2 Focal length ZL Optical axis

Claims (3)

偏光性を有するレーザ光を発生するレーザ発振装置と、
前記レーザ光を平行光に変換するレンズであるコリメートレンズと、
平行光に変換された前記レーザ光を集光するレンズである集光レンズと、
集光された前記レーザ光の焦点近傍に配置された点火薬と、
偏光性を有する前記レーザ光の透過と遮断を制御可能であるシャッタ部材と、
ケース内に収容されている、レーザ着火式点火具であって、
前記コリメートレンズと前記集光レンズは、いずれも略球体のボールレンズであり、
前記シャッタ部材は、前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に配置され、
電圧を印加しない場合では前記レーザ光を遮断して、
電圧を印加した場合では前記レーザ光を透過するように、偏光板と液晶板にて構成され、
前記液晶板は、電圧を印加しない場合に前記偏光板に対して偏光方向が90度回転し、電圧を印加した場合に前記偏光板と偏光方向が一致するように設定されている電気式の液晶シャッタであり、
前記レーザ発振装置は、光ファイバを介することなく前記コリメートレンズに接触した状態で前記ケース内に収容されている、
レーザ着火式点火具。
A laser oscillation device that generates laser light having polarization;
A collimating lens which is a lens for converting the laser light into parallel light;
A condensing lens that is a lens that condenses the laser light converted into parallel light;
An igniter disposed in the vicinity of the focal point of the focused laser beam;
A shutter member capable of controlling transmission and blocking of the laser light having polarization ;
Is a laser ignition type igniter housed in a case ,
The collimating lens and the condenser lens are both substantially spherical ball lenses,
The shutter member is disposed between the collimating lens and the condenser lens;
When no voltage is applied, the laser beam is shut off,
When a voltage is applied, it is composed of a polarizing plate and a liquid crystal plate so as to transmit the laser beam.
The liquid crystal plate is an electric liquid crystal whose polarization direction is rotated by 90 degrees with respect to the polarizing plate when no voltage is applied, and is aligned with the polarizing direction when a voltage is applied. A shutter,
The laser oscillation device is accommodated in the case in contact with the collimating lens without going through an optical fiber,
Laser ignition igniter.
偏光性を有するレーザ光を発生するレーザ発振装置と、
前記レーザ光を平行光に変換するレンズであるコリメートレンズと、
平行光に変換された前記レーザ光を集光するレンズである集光レンズと、
集光された前記レーザ光の焦点近傍に配置された点火薬と、
偏光性を有する前記レーザ光の透過と遮断を制御可能であるシャッタ部材と、
がケース内に収容されている、レーザ着火式点火具であって、
前記シャッタ部材は、前記コリメートレンズと前記集光レンズとの間に配置され、
電圧を印加しない場合では前記レーザ光を遮断して、
電圧を印加した場合では前記レーザ光を透過するように、偏光板と液晶板にて構成され、
前記液晶板は、電圧を印加しない場合に前記偏光板に対して偏光方向が90度回転し、電圧を印加した場合に前記偏光板と偏光方向が一致するように設定されている電気式の液晶シャッタであり、
前記レーザ発振装置は、光ファイバを介することなく前記コリメートレンズに接触した状態で前記ケース内に収容されており、
前記コリメートレンズは略球体のボールレンズであり、
前記集光レンズは、前記コリメートレンズの側は球面に形成されており、前記コリメートレンズと反対の側は前記レーザ光の光軸に直交する平面である点火薬側平面が形成されている、
レーザ着火式点火具。
A laser oscillation device that generates laser light having polarization;
A collimating lens which is a lens for converting the laser light into parallel light;
A condensing lens that is a lens that condenses the laser light converted into parallel light;
An igniter disposed in the vicinity of the focal point of the focused laser beam;
A shutter member capable of controlling transmission and blocking of the laser light having polarization;
Is a laser ignition type igniter housed in a case,
The shutter member is disposed between the collimating lens and the condenser lens;
When no voltage is applied, the laser beam is shut off,
When a voltage is applied, it is composed of a polarizing plate and a liquid crystal plate so as to transmit the laser beam.
The liquid crystal plate is an electric liquid crystal whose polarization direction is rotated by 90 degrees with respect to the polarizing plate when no voltage is applied, and is aligned with the polarizing direction when a voltage is applied. A shutter,
The laser oscillation device is accommodated in the case in contact with the collimating lens without an optical fiber,
The collimating lens is a substantially spherical ball lens,
The condensing lens has a spherical surface on the side of the collimating lens, and a side opposite to the collimating lens is formed with an igniting agent side plane which is a plane orthogonal to the optical axis of the laser beam.
Laser ignition igniter.
請求項2に記載のレーザ着火式点火具であって、
前記点火薬側平面と前記点火薬との間には、前記レーザ光が透過可能であるとともに略平板状である平板状透過部材が配置されている、
レーザ着火式点火具。
The laser ignition type igniter according to claim 2 ,
Between the igniting agent side plane and the igniting agent, a flat plate-like transmission member that is capable of transmitting the laser light and is substantially flat is disposed.
Laser ignition igniter.
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