WO2017168703A1 - 光学測定用プローブ及びこれを備えた光学測定装置 - Google Patents

光学測定用プローブ及びこれを備えた光学測定装置 Download PDF

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功 東垣外
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    • G01N2201/0636—Reflectors

Definitions

  • the present invention relates to an optical measurement probe for guiding light generated from an object to be measured to an instrument and an optical measurement apparatus including the same.
  • an optical probe may be used to guide light from the measurement object to an instrument.
  • This type of optical probe includes, for example, a transparent optical window and a light guide made of an optical fiber, and light incident on the optical window is guided to the device through the light guide (for example, the following patents). Reference 1).
  • the optical window is formed in a cylindrical shape, and light incident from one end surface of the optical window is transmitted through the optical window and guided to the light guide from the other end surface. That is, light incident on a straight line from the axial direction of the optical window is guided to the light guide through the optical window.
  • the inventors of the present application have come up with an optical probe that allows light to be incident from the outer peripheral surface of the optical window and that the incident light be reflected by the end surface of the optical window and guided to the light guide.
  • the light incident surface is constituted by the outer peripheral surface of the optical window curved in an arc shape, the incident surface acts like a lens (cylindrical lens). Since the radius of curvature of the outer peripheral surface of the optical window is relatively small, for example, about 0.8 mm, the curvature is increased, and as a result, the field of view is widened.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an optical measurement probe capable of effectively limiting the visual field range of light incident from the outer peripheral surface of an optical window, and an optical measurement apparatus including the same.
  • the purpose is to do.
  • An optical measurement probe is an optical measurement probe for guiding light generated from a measurement object to an instrument, and includes an optical window and a light guide.
  • the optical window is formed in a cylindrical shape whose one end surface constitutes a reflecting surface, transmits light incident from an incident surface formed on a part of the outer peripheral surface, reflects the reflected light from the reflecting surface, and from the other end surface. Let it emit.
  • the light guide guides light emitted from the other end surface of the optical window to an apparatus.
  • the incident surface is a flat surface.
  • a flat surface formed on a part of the outer peripheral surface of the optical window is used as an incident surface, light is incident on the optical window from the incident surface, and the reflecting surface is configured by one end surface of the optical window.
  • the light reflected by can be emitted from the other end surface.
  • the incident surface may extend parallel to the axial direction of the optical window.
  • the entrance surface can be formed with a simple configuration in which a part of the outer peripheral surface of the optical window is cut in parallel to the axial direction.
  • the incident surface may be inclined with respect to the axial direction of the optical window.
  • the entrance surface can be formed with a simple configuration in which a part of the outer peripheral surface of the optical window is cut along a direction inclined with respect to the axial direction.
  • the optical measurement probe may further include a reflective film formed on the reflective surface.
  • the reflective film may be a dielectric multilayer film.
  • the reflective film may be a metal film.
  • the optical measurement probe may further include a main body that holds the optical window and the light guide.
  • the optical window may be attached to an end portion of the main body so that the incident surface and the reflection surface protrude outward.
  • the light incident on the incident surface projecting outward from the end of the main body can be reflected by the reflecting surface and guided to the light guide, and other light can be directed to the light guide.
  • the main body can block the guidance. Therefore, only the light incident from the incident surface can be guided to the light guide well.
  • An optical measurement probe includes the optical measurement probe and a detector that detects light guided by the optical measurement probe.
  • optical measurement probe according to the present invention is attached to the cylinder head of the internal combustion engine so that the optical measurement probe faces the combustion chamber as a measurement target.
  • the cylinder head may have a valve train interlocking member housing chamber that houses a valve train interlocking member.
  • the optical measurement probe may be provided on the opposite side of the cylinder head from the valve system interlocking member accommodation chamber.
  • the incident surface is made flat, it is possible to prevent the incident surface from acting like a lens, so that the field of view is not widened. As a result, the light incident from the outer peripheral surface of the optical window Can effectively limit the visual field range.
  • FIG. 5A It is a figure which shows the structural example of the optical measuring apparatus provided with the probe for optical measurement which concerns on one Embodiment of this invention. It is a side view for demonstrating the incident aspect of the light to an optical window. It is a front view for demonstrating the incident aspect of the light to an optical window. It is a figure which shows the result of the heat resistance evaluation test of a dielectric multilayer film. It is a figure which shows the attachment position of the probe for optical measurement in a cylinder head. It is sectional drawing which shows the AA cross section in FIG. 5A. It is a side view which shows the modification of the probe for optical measurements.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an optical measurement apparatus including an optical measurement probe 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a specific configuration of the optical measurement probe 1 is shown in a partial sectional view.
  • the optical measurement probe 1 is for guiding light generated from an object to be measured to a device during combustion, and is installed in a combustion chamber of an internal combustion engine such as an automobile or a motorcycle, for example. Used when evaluating the combustion state in a room.
  • the optical measurement probe 1 includes an optical window 2, a main body 3, an optical fiber 4, and the like. In FIG. 1, only the distal end portion of the main body portion 3 in the optical measurement probe 1 is shown in a sectional view.
  • the optical window 2 is formed of, for example, quartz or sapphire, and can transmit light incident from the outside into the main body 3.
  • the main body 3 is made of a metal such as stainless steel.
  • the optical window 2 and the optical fiber 4 are integrally held by the main body 3 so that light transmitted through the optical window 2 is incident on one end of the optical fiber 4 along the axis L direction.
  • the main body 3 is formed in, for example, a cylindrical shape, and the optical window 2 is accommodated at one end thereof. Specifically, a concave portion having an inner diameter corresponding to the outer diameter of the optical window 2 is formed at one end of the main body 3, and the concave portion constitutes an optical window accommodating portion 31 for accommodating the optical window 2. is doing. Further, the main body portion 3 is formed with an optical fiber housing portion 32 for housing the optical fiber 4 by a recess extending from the other end portion side. The optical window housing portion 31 and the optical fiber housing portion 32 communicate with each other through the communication hole 33, and the light transmitted through the optical window 2 passes through the communication hole 33 to the optical fiber 4 in the optical fiber housing portion 32. It is made to enter.
  • the optical measurement apparatus includes a spectroscope 5 and a detector 6 in addition to the optical measurement probe 1 as described above.
  • the spectroscope 5 is arranged on the other end side of the optical fiber 4.
  • a connector 41 is attached to the other end side of the optical fiber 4, and the connector 41 is connected to the spectrometer 5.
  • the light received by the optical measurement probe 1 enters the spectroscope 5 from the other end side of the optical fiber 4, and the light dispersed by the spectroscope 5 is detected by the detector 6. Yes.
  • the optical window 2 is formed in a cylindrical shape, and a tapered surface 21 is formed at an end portion on the incident side.
  • the optical window 2 extends along the same axis L as the optical fiber 4, and an end surface on the opposite side to the optical fiber 4 side in the axis L direction is formed by a tapered surface 21.
  • the tapered surface 21 is preferably inclined at an angle of 30 ° to 60 ° with respect to the axis L, and in this example, is inclined at an angle of about 45 °.
  • a dielectric multilayer film 22 is formed on the tapered surface 21.
  • the dielectric multilayer film 22 is composed of a plurality of types of films having different refractive indexes, and these films are sequentially deposited on the taper surface 21 so that films having appropriate thicknesses are laminated. 22 can be formed integrally with the optical window 2.
  • the dielectric multilayer film 22 may have a configuration in which a low refractive index film formed of a material having a low refractive index and a high refractive index film formed of a material having a high refractive index are alternately stacked.
  • the low refractive index film can be composed of a SiO 2 film
  • the high refractive index film can be composed of a Ta 2 O 5 film.
  • Such a dielectric multilayer film 22 can be formed using a known method such as an ion plating method.
  • This type of dielectric multilayer film 22 has a characteristic of reflecting light of a predetermined wavelength with high efficiency.
  • the dielectric multilayer film 22 is not limited to the above configuration, and may be configured using other various materials such as HfO 2 , Al 2 O 3 , MgF 2 , TiO 2 , and ZrO 2. it can. Further, the dielectric multilayer film 22 may be configured by laminating three or more types of optical thin films.
  • the dielectric multilayer film 22 takes into account the influence of the substance on the reflectance. Is preferably designed and formed.
  • a flat surface 23 extending in parallel with the direction of the axis L is formed on the outer peripheral surface of the optical window 2 on the tapered surface 21 side.
  • the flat surface 23 is formed so that at least a part thereof overlaps the tapered surface 21 when viewed in a direction orthogonal to the axis L, for example.
  • the flat surface 23 is constituted by a stepped portion formed so as to extend in a direction parallel to the axis L from the end surface of the optical window 2 on the tapered surface 21 side. You may be comprised by the recessed part formed in the outer peripheral surface of the window 2. As shown in FIG.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams for explaining an incident mode of light to the optical window 2, FIG. 2 is a side view, and FIG. 3 is a front view.
  • the tapered surface 21 and the flat surface 23 protrude outward.
  • a portion of the optical window 2 accommodated in the optical window accommodating portion 31 of the main body 3 is not formed with the flat surface 23 and remains a cylindrical outer peripheral surface.
  • the flat surface 23 of the optical window 2 constitutes a light incident surface.
  • light incident on the flat surface 23 from the direction D intersecting the axis L direction is transmitted through the optical window 2 and reflected by the tapered surface 21, and is opposite to the tapered surface 21 in the optical window 2.
  • the light is emitted from the end face and guided to the optical fiber 4.
  • the tapered surface 21 of the optical window 2 constitutes a reflection surface that reflects light from a direction D different from the axis L direction and enters the optical fiber 4 along the axis L direction.
  • the dielectric multilayer film 22 constitutes a reflective film formed on the reflective surface (tapered surface 21).
  • the visual field ranges R S and R L depend on the numerical aperture (NA) of the optical fiber 4 and the shape of the optical window 2.
  • the flat surface 23 formed on a part of the outer peripheral surface of the optical window 2 is used as an incident surface, and light is incident on the optical window 2 from the flat surface 23 to be formed on one end surface of the optical window 2.
  • the light reflected by the tapered surface 21 can be emitted from the other end surface.
  • the incident surface it is possible to prevent the incident surface from acting like a lens, and thus the viewing field range RL is not widened. Therefore, the visual field range RL of light incident from the outer peripheral surface of the optical window 2 can be effectively limited.
  • the angle range of the visual field range RS viewed from the direction of FIG. 2 is about 23 °
  • the visual field range viewed from the direction of FIG. 3 is about 23 °
  • the angle range of R L is about 23 °.
  • the flat surface 23 can be formed with a simple configuration in which a part of the outer peripheral surface of the optical window 2 is cut in parallel with the axis L direction.
  • the dielectric multilayer film 22 is formed on the tapered surface 21, by utilizing the characteristics of the dielectric multilayer film 22, light of a desired wavelength is reflected with high efficiency, The light can enter the optical fiber 4.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of a heat resistance evaluation test of the dielectric multilayer film 22.
  • a dielectric multilayer film 22 having a high reflectance at a predetermined wavelength was used, and when heated with a burner for 40 minutes (dot-dash line in FIG. 4), when heated with a constant temperature furnace at 850 ° C. for 3 hours ( The heat resistance was evaluated by comparing each reflectance with the initial reflectance (solid line in FIG. 4).
  • the reflectivity of the dielectric multilayer film 22 is unlikely to decrease even when exposed to a high temperature state for a long time. Therefore, even in a high temperature environment where light generated during combustion is measured by the optical measurement probe 1, only the light having a predetermined wavelength is favorably reflected by the dielectric multilayer film 22 and guided to the optical fiber 4. it can.
  • the configuration in which the dielectric multilayer film 22 is formed on the tapered surface 21 of the optical window 2 has been described.
  • the configuration is not limited to such a configuration, and for example, a configuration in which a metal film 22 ′ is formed on the tapered surface 21 of the optical window 2 may be used.
  • the metal film 22 ′ is preferably formed of a metal having a melting point of 1000 ° C. or higher.
  • the metal film 22 ′ when the metal film 22 ′ is made of aluminum, it can be made a cheap and highly reflective film.
  • the metal film 22 ′ when the metal film 22 ′ is formed of gold, it can be a reflective film that favorably reflects light having a wavelength in the infrared region.
  • the metal film 22 ′ is formed of rhodium or lithium, a reflective film having a very high melting point and high heat resistance can be obtained.
  • the reflective film is not limited to the dielectric multilayer film 22 and the metal film 22 ′, and can be formed of any material according to necessary characteristics.
  • FIG. 5A is a diagram showing the mounting position of the optical measurement probe 1 in the cylinder head 11.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view showing the AA cross section in FIG. 5A.
  • a combustion chamber 12 surrounded by a cylinder head 11 and a cylinder block and a piston (not shown) is formed.
  • the optical measurement probe 1 is attached to the cylinder head 11 so as to face, for example, the combustion chamber 12 as a measurement target.
  • the cylinder head 11 is formed with a valve operating system interlocking member accommodation chamber 13 that accommodates a valve operating system interlocking member (for example, a cam chain) (not shown).
  • the optical measurement probe 1 is arranged on the opposite side of the cylinder center.
  • the cylinder head 11 is formed with an intake port 15 that communicates with an intake valve port 14 that opens toward the combustion chamber 12 and an exhaust port 17 that communicates with an exhaust valve port 16 that opens toward the combustion chamber 12. .
  • a probe opening 18 that opens toward the combustion chamber 12 is formed near the intake valve port 14 and the exhaust valve port 16 in the cylinder head 11.
  • the probe opening 18 is provided, for example, on the opposite side to the valve train interlocking member accommodation chamber 13 with respect to the intake valve port 14 and the exhaust valve port 16.
  • FIG. 6 is a side view showing a modification of the optical measurement probe 1.
  • the configuration in which the flat surface 23 constituting the incident surface of the optical window 2 extends in parallel with the axis L direction has been described.
  • the flat surface 23 is inclined with respect to the axis L direction.
  • the inclination angle of the flat surface 23 with respect to the axis L direction is preferably 1 to 20 °, more preferably 3 to 10 °.
  • the other configuration is the same as that of the above-described embodiment. Therefore, the same reference numerals are given to the same configuration, and detailed description is omitted.
  • the flat surface 23 is formed so that at least a part thereof overlaps the tapered surface 21 when viewed in a direction orthogonal to the axis L, for example.
  • the flat surface 23 is simply configured by cutting a part of the outer peripheral surface of the optical window 2 along the direction inclined with respect to the axis L direction from the end surface of the optical window 2 on the tapered surface 21 side. Can be formed.
  • the flat surface 23 By inclining the flat surface 23 with respect to the direction of the axis L of the optical window 2, the flat surface 23 extends along the direction of the axis L of the optical window 2 as in the above embodiment. It is possible to effectively limit the visual field range RS of light incident from the outer peripheral surface. Specifically, the angle range of the visual field range RS viewed from the direction of FIG. 6 (perpendicular to the axis L direction) is about 17 °, and the visual field viewed from the axis L direction orthogonal to FIG. The angle range of the range RL is about 11 °.
  • the configuration in which the reflective film is formed on the tapered surface 21 of the optical window 2 constituting the reflective surface has been described.
  • the configuration is not limited to the configuration in which the reflective film is formed as long as the light can be reflected by the tapered surface 21 and incident on the optical fiber 4.
  • the optical fiber 4 is not limited to the one that guides light to the spectroscope 5, but may be one that guides light to another device.
  • the light guide for guiding light to the device is not limited to the optical fiber 4, and the light may be guided to the device using another member.
  • the optical measurement probe 1 according to the present invention is not limited to a configuration that is installed in a combustion chamber of an internal combustion engine such as an automobile or a motorcycle, but is installed in any other high-temperature environment to generate light generated during combustion. Can be led to the equipment.

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Abstract

　光学測定用プローブ１は、測定対象物から生じる光を機器に導くためのものであって、光学窓２と、光ファイバ４とを備える。光学窓２は、一端面が反射面（テーパ面２１）を構成する円柱状に形成されており、外周面の一部に形成された入射面（平坦面２３）から入射する光を透過させ、反射面で反射させて他端面から出射させる。光ファイバ４は、光学窓２の他端面から出射する光を機器に導く。

Description

光学測定用プローブ及びこれを備えた光学測定装置
　本発明は、測定対象物から生じる光を機器に導くための光学測定用プローブ及びこれを備えた光学測定装置に関するものである。
　測定対象物から生じる光を測定するための光学測定装置には、測定対象物からの光を機器に導くために光学プローブが用いられる場合がある。この種の光学プローブは、例えば透明な光学窓と、光ファイバからなる導光体とを備えており、光学窓に入射する光は、導光体を介して機器に導かれる（例えば、下記特許文献１参照）。
　この種の光学プローブでは、例えば光学窓が円柱状に形成されており、光学窓の一端面から入射する光が、当該光学窓を透過して他端面から導光体に導かれる。すなわち、光学窓の軸線方向から一直線上に入射する光が、光学窓を介して導光体に導かれるようになっている。
特開２０１５－４３２７８号公報
　上記のような従来の光学プローブでは、光学窓の軸線に対して所定の視野範囲内から入射する光のみが導光体に導かれる。そのため、光学プローブの設置位置が制限されるような場合には、所望の方向からの光を導光体に導くことができない場合があった。
　そこで、本願発明者らは、光学窓の外周面から光を入射させ、入射した光を光学窓の端面で反射させて導光体に導くことができるような光学プローブを想到するに至った。しかしながら、このような光学プローブでは、円弧状に湾曲した光学窓の外周面により光の入射面が構成されているため、その入射面がレンズ（シリンドリカルレンズ）のように作用する。光学窓の外周面の曲率半径が、例えば０．８ｍｍ程度と比較的小さいため、曲率が大きくなり、その結果、視野範囲が広くなる。光学プローブの設置位置によっては、視野範囲を制限して、特定の狭い視野範囲内で入射する光のみを測定したい場合もある。
　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、光学窓の外周面から入射する光の視野範囲を効果的に制限することができる光学測定用プローブ及びこれを備えた光学測定装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る光学測定用プローブは、測定対象物から生じる光を機器に導くための光学測定用プローブであって、光学窓と、導光体とを備える。前記光学窓は、一端面が反射面を構成する円柱状に形成されており、外周面の一部に形成された入射面から入射する光を透過させ、前記反射面で反射させて他端面から出射させる。前記導光体は、前記光学窓の他端面から出射する光を機器に導く。前記入射面は、平坦面により形成されている。
　このような構成によれば、光学窓の外周面の一部に形成された平坦面を入射面として、当該入射面から光学窓に光を入射させ、光学窓の一端面により構成される反射面で反射させた光を他端面から出射させることができる。このように、入射面を平坦面とすることにより、入射面がレンズのように作用することを防止できるため、視野範囲が広くならない。したがって、光学窓の外周面から入射する光の視野範囲を効果的に制限することができる。
　前記入射面は、前記光学窓の軸線方向に対して平行に延びていてもよい。
　このような構成によれば、光学窓の軸線方向に対して平行に延びる入射面から光学窓に光が入射する。この場合、光学窓の外周面の一部を軸線方向に対して平行に切断するだけの簡単な構成で入射面を形成することができる。
　前記入射面は、前記光学窓の軸線方向に対して傾斜していてもよい。
　このような構成によれば、光学窓の軸線方向に対して傾斜する入射面から光学窓に光が入射する。この場合、光学窓の外周面の一部を軸線方向に対して傾斜する方向に沿って切断するだけの簡単な構成で入射面を形成することができる。入射面を光学窓の軸線方向に対して傾斜させることにより、入射面が光学窓の軸線方向に沿って延びている場合よりも、光学窓の外周面から入射する光の視野範囲を効果的に制限することができる。
　前記光学測定用プローブは、前記反射面に成膜された反射膜をさらに備えていてもよい。
　このような構成によれば、反射面に成膜された反射膜の特性を利用することにより、所望の態様で光を反射させ、導光体に入射させることができる。
　前記反射膜は、誘電体多層膜であってもよい。
　このような構成によれば、反射面に成膜された誘電体多層膜が有する任意の反射率を実現できる特性を利用することにより、所望の波長の光を高効率で反射させ、導光体に入射させることができる。
　あるいは、前記反射膜は、金属膜であってもよい。
　このような構成によれば、反射面に成膜された金属膜の特性を利用することにより、その金属の種類に応じた態様で光を反射させ、導光体に入射させることができる。
　前記光学測定用プローブは、前記光学窓及び前記導光体を保持する本体部をさらに備えていてもよい。この場合、前記光学窓は、前記入射面及び前記反射面が外部に張り出すように前記本体部の端部に取り付けられていてもよい。
　このような構成によれば、本体部の端部から外部に張り出した入射面に入射する光を反射面で反射させ、導光体に導くことができるとともに、それ以外の光が導光体に導かれるのを本体部により遮ることができる。したがって、入射面から入射する光のみを良好に導光体に導くことができる。
　本発明に係る光学測定用プローブは、前記光学測定用プローブと、前記光学測定用プローブにより導かれた光を検出する検出器とを備える。
　また、本発明に係る光学測定用プローブは、前記光学測定用プローブが、測定対象である燃焼室内に臨むように、内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられている。
　前記シリンダヘッドが、動弁系連動部材を収容する動弁系連動部材収容室を有していてもよい。この場合、前記光学測定用プローブが、前記シリンダヘッドにおける前記動弁系連動部材収容室とは反対側に設けられていてもよい。
　本発明によれば、入射面を平坦面とすることにより、入射面がレンズのように作用することを防止できるため、視野範囲が広くならず、その結果、光学窓の外周面から入射する光の視野範囲を効果的に制限することができる。
本発明の一実施形態に係る光学測定用プローブを備えた光学測定装置の構成例を示す図である。 光学窓への光の入射態様について説明するための側面図である。 光学窓への光の入射態様について説明するための正面図である。 誘電体多層膜の耐熱性評価試験の結果を示す図である。 シリンダヘッドにおける光学測定用プローブの取付位置を示す図である。 図５ＡにおけるＡ－Ａ断面を示す断面図である。 光学測定用プローブの変形例を示す側面図である。
　図１は、本発明の一実施形態に係る光学測定用プローブ１を備えた光学測定装置の構成例を示す図である。図１では、光学測定用プローブ１の具体的構成を部分断面図で示している。
　本実施形態に係る光学測定用プローブ１は、燃焼時などに測定対象物から生じる光を機器に導くためのものであり、例えば自動車や自動二輪車などの内燃機関の燃焼室に設置され、当該燃焼室内における燃焼状態を評価する際などに使用される。この光学測定用プローブ１には、光学窓２、本体部３及び光ファイバ４などが備えられている。図１では、光学測定用プローブ１における本体部３の先端部分のみを断面図で示している。
　光学窓２は、例えば石英又はサファイアなどにより形成され、外部から入射する光を透過させて本体部３内に取り込むことができる。本体部３は、例えばステンレス鋼などの金属により形成されている。この本体部３により、光学窓２及び光ファイバ４が一体的に保持され、光学窓２を透過した光が、軸線Ｌ方向に沿って光ファイバ４の一端部に入射するようになっている。
　本体部３は、例えば円筒状に形成され、その一端部に光学窓２が収容されている。具体的には、本体部３の一端部に、光学窓２の外径に対応する内径を有する凹部が形成されており、当該凹部が光学窓２を収容するための光学窓収容部３１を構成している。また、本体部３には、他端部側から延びる凹部により、光ファイバ４を収容するための光ファイバ収容部３２が形成されている。光学窓収容部３１と光ファイバ収容部３２とは、連通孔３３を介して連通しており、光学窓２を透過した光は、連通孔３３を介して光ファイバ収容部３２内の光ファイバ４に入射するようになっている。
　本実施形態に係る光学測定装置には、上述のような光学測定用プローブ１に加えて、分光器５及び検出器６などが備えられている。分光器５は、光ファイバ４の他端部側に配置されている。光ファイバ４の他端部側にはコネクタ４１が取り付けられており、当該コネクタ４１が分光器５に接続されている。光学測定用プローブ１により受光された光は、光ファイバ４の他端部側から分光器５に入射し、当該分光器５により分光された光が、検出器６で検出されるようになっている。
　この例では、光学窓２は円柱状に形成され、その入射側の端部にテーパ面２１が形成されている。具体的には、光学窓２は、光ファイバ４と同じ軸線Ｌに沿って延びており、その軸線Ｌ方向における光ファイバ４側とは反対側の端面がテーパ面２１により形成されている。テーパ面２１は、軸線Ｌに対して３０°～６０°の角度で傾斜していることが好ましく、この例では約４５°の角度で傾斜している。
　テーパ面２１には、例えば誘電体多層膜２２が成膜されている。誘電体多層膜２２は、屈折率の異なる複数種類の膜により構成されており、これらの膜をテーパ面２１に対して順次蒸着させることにより、適切な厚みの膜が積層された誘電体多層膜２２を光学窓２と一体的に構成することができる。
　誘電体多層膜２２は、屈折率の低い材料により形成された低屈折率膜と、屈折率の高い材料により形成された高屈折率膜とが、交互に積層された構成であってもよい。この場合、例えば低屈折率膜をＳｉＯ２膜により構成し、高屈折率膜をＴａ２Ｏ５膜により構成することができる。このような誘電体多層膜２２は、イオンプレーティング法などの公知の方法を用いて形成することができる。
　この種の誘電体多層膜２２は、所定の波長の光を高効率で反射させる特性を有している。ただし、誘電体多層膜２２は、上記のような構成に限られるものではなく、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２などの他の各種材料を用いて構成することができる。また、３種類以上の光学薄膜を積層することにより誘電体多層膜２２が構成されていてもよい。
　この場合、光学測定用プローブ１の使用環境下で誘電体多層膜２２に付着する物質（例えばススや油など）に応じて、その物質が反射率に与える影響を加味して誘電体多層膜２２を設計し形成されることが好ましい。
　光学窓２におけるテーパ面２１側の外周面には、軸線Ｌ方向に対して平行に延びる平坦面２３が形成されている。平坦面２３は、例えば軸線Ｌに対して直交方向に見たときに、その少なくとも一部がテーパ面２１と重なるように形成されている。この例では、平坦面２３が、光学窓２におけるテーパ面２１側の端面から軸線Ｌに対して平行方向に延びるように形成された段差部により構成されているが、これに限らず、例えば光学窓２の外周面に形成された凹部により構成されていてもよい。
　図２及び図３は、光学窓２への光の入射態様について説明するための図であり、図２は側面図、図３は正面図をそれぞれ示している。
　光学窓２が本体部３の端部に取り付けられた状態では、テーパ面２１及び平坦面２３が外部に張り出している。光学窓２における本体部３の光学窓収容部３１内に収容されている部分は、平坦面２３が形成されておらず、円筒状の外周面のままである。これにより、光学窓２１を本体部３に対して封止する際の安定性及び耐久性を確保することができる。
　本実施形態では、光学窓２の平坦面２３が光の入射面を構成している。これにより、軸線Ｌ方向に対して交差する方向Ｄから平坦面２３に入射する光は、光学窓２内を透過してテーパ面２１で反射し、光学窓２におけるテーパ面２１とは反対側の端面から出射して光ファイバ４に導かれる。
　すなわち、光学窓２のテーパ面２１は、軸線Ｌ方向とは異なる方向Ｄからの光を反射させ、軸線Ｌ方向に沿って光ファイバ４に入射させる反射面を構成している。また、誘電体多層膜２２は、上記反射面（テーパ面２１）に成膜された反射膜を構成している。
　光ファイバ４には、光学窓２の平坦面２３から入射する光のうち、方向Ｄを中心とする所定の視野範囲ＲＳ，ＲＬ内の光のみが入射し、それ以外の光が光ファイバ４に入射するのを本体部３により遮ることができる。したがって、所定の方向Ｄからの光のみを良好に光ファイバ４に入射させることができる。視野範囲ＲＳ，ＲＬは、光ファイバ４の開口数（ＮＡ）と光学窓２の形状に依存している。
　本実施形態では、光学窓２の外周面の一部に形成された平坦面２３を入射面として、当該平坦面２３から光学窓２に光を入射させ、光学窓２の一端面に形成されたテーパ面２１で反射させた光を他端面から出射させることができる。このように、入射面を平坦面２３とすることにより、入射面がレンズのように作用することを防止できるため、視野範囲ＲＬが広くならない。したがって、光学窓２の外周面から入射する光の視野範囲ＲＬを効果的に制限することができる。
　具体的には、図２の方向（軸線Ｌ方向に対して直交方向）から見た視野範囲ＲＳの角度範囲は約２３°であり、図３の方向（軸線Ｌ方向）から見た視野範囲ＲＬの角度範囲は約２３°である。入射面を平坦面２３とすることにより、特に図３の方向から見た視野範囲ＲＬを効果的に制限することができ、円弧状に湾曲した光学窓の外周面のままでは角度範囲が約６０°であった視野範囲ＲＳ，ＲＬが、上記の通り約２３°の角度範囲まで制限される。
　また、本実施形態では、光学窓２の軸線Ｌ方向に対して平行に延びる平坦面２３から光学窓２に光が入射する。この場合、光学窓２の外周面の一部を軸線Ｌ方向に対して平行に切断するだけの簡単な構成で平坦面２３を形成することができる。
　特に、本実施形態では、テーパ面２１に誘電体多層膜２２が成膜されているため、当該誘電体多層膜２２の特性を利用することにより、所望の波長の光を高効率で反射させ、光ファイバ４に入射させることができる。
　図４は、誘電体多層膜２２の耐熱性評価試験の結果を示す図である。この試験では、所定の波長において高い反射率を有する誘電体多層膜２２を使用し、バーナーで４０分加熱した場合（図４における一点鎖線）と、８５０℃の恒温炉で３時間加熱した場合（図４における破線）とについて、それぞれの反射率を初期（図４における実線）の反射率と比較することにより耐熱性の評価を行った。
　この図４の結果から、長時間にわたって高温状態に晒された場合でも誘電体多層膜２２の反射率は低下しにくいことが分かる。したがって、燃焼時に生じる光を光学測定用プローブ１で測定するような高温環境下であっても、誘電体多層膜２２により所定の波長の光のみを良好に反射させ、光ファイバ４に導くことができる。
　上記実施形態では、誘電体多層膜２２が光学窓２のテーパ面２１に成膜された構成について説明した。しかし、このような構成に限らず、例えば金属膜２２´が光学窓２のテーパ面２１に成膜された構成であってもよい。この場合、テーパ面２１に成膜された金属膜２２´の特性を利用することにより、その金属の種類に応じた態様で光を反射させ、光ファイバ４に入射させることができる。上記金属膜２２´は、融点が１０００℃以上の金属により形成されていることが好ましい。
　例えば、上記金属膜２２´をアルミニウムにより形成した場合には、安価で高い反射率を有する反射膜とすることができる。上記金属膜２２´を金により形成した場合には、赤外域の波長の光を良好に反射させる反射膜とすることができる。上記金属膜２２´をロジウムやリテニウムにより形成した場合には、融点が非常に高く耐熱性が高い反射膜とすることができる。
　このように、テーパ面２１に成膜された反射膜の特性を利用することにより、所望の態様で光を反射させ、光ファイバ４に入射させることができる。上記反射膜は、誘電体多層膜２２や金属膜２２´に限らず、必要な特性に応じた任意の材料で形成することができる。
　図５Ａは、シリンダヘッド１１における光学測定用プローブ１の取付位置を示す図である。また、図５Ｂは、図５ＡにおけるＡ－Ａ断面を示す断面図である。例えば自動車や自動二輪車などの内燃機関１０には、シリンダヘッド１１と図示されないシリンダブロック及びピストンにより囲まれた燃焼室１２が形成されている。
　光学測定用プローブ１は、例えば測定対象である燃焼室１２内に臨むように、シリンダヘッド１１に取り付けられる。具体的には、シリンダヘッド１１には、図示されない動弁系連動部材（例えばカムチェーンなど）を収容する動弁系連動部材収容室１３が形成されており、当該動弁系連動部材収容室１３に対してシリンダ中心を挟んで反対側に光学測定用プローブ１が配置される。
　シリンダヘッド１１には、燃焼室１２に向けて開口する吸気弁口１４に連通した吸気ポート１５と、燃焼室１２に向けて開口する排気弁口１６に連通した排気ポート１７とが形成されている。この例では、シリンダヘッド１１における吸気弁口１４及び排気弁口１６の近傍に、燃焼室１２に向けて開口するプローブ用開口部１８が形成されている。
　プローブ用開口部１８は、例えば吸気弁口１４及び排気弁口１６に対して、動弁系連動部材収容室１３とは反対側に設けられている。内燃機関１０の燃焼室１２内における燃焼状態を評価する際などには、プローブ用開口部１８を介して、燃焼室１２内に生じる光を光学測定用プローブ１に導くことができる。
　図６は、光学測定用プローブ１の変形例を示す側面図である。上記実施形態では、光学窓２の入射面を構成する平坦面２３が、軸線Ｌ方向に対して平行に延びるような構成について説明した。これに対して、図６の例では、平坦面２３が軸線Ｌ方向に対して傾斜している。軸線Ｌ方向に対する平坦面２３の傾斜角度は、１～２０°であることが好ましく、３～１０°であればより好ましい。この点を除けば、他の構成は上記実施形態と同様であるため、同様の構成については図に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　この例においても、平坦面２３は、例えば軸線Ｌに対して直交方向に見たときに、その少なくとも一部がテーパ面２１と重なるように形成されている。この例では、光学窓２におけるテーパ面２１側の端面から、光学窓２の外周面の一部を軸線Ｌ方向に対して傾斜する方向に沿って切断するだけの簡単な構成で平坦面２３を形成することができる。
　平坦面２３を光学窓２の軸線Ｌ方向に対して傾斜させることにより、上記実施形態のように平坦面２３が光学窓２の軸線Ｌ方向に沿って延びている場合よりも、光学窓２の外周面から入射する光の視野範囲ＲＳを効果的に制限することができる。具体的には、図６の方向（軸線Ｌ方向に対して直交方向）から見た視野範囲ＲＳの角度範囲は約１７°であり、図６に対して直交する軸線Ｌ方向から見た視野範囲ＲＬの角度範囲は約１１°である。
　以上の実施形態では、反射面を構成する光学窓２のテーパ面２１に、反射膜が形成された構成について説明した。しかし、テーパ面２１で光を反射させて光ファイバ４に入射させることができれば、反射膜が成膜された構成に限られるものではない。
　光ファイバ４は、分光器５に光を導くものに限らず、他の機器に光を導くものであってもよい。また、光を機器に導くための導光体は、光ファイバ４に限らず、他の部材を用いて光を機器に導いてもよい。
　なお、本発明に係る光学測定用プローブ１は、自動車や自動二輪車などの内燃機関の燃焼室に設置されるような構成に限らず、他のあらゆる高温環境下に設置して、燃焼時に生じる光を機器に導くことができる。
１　　光学測定用プローブ
２　　光学窓
３　　本体部
４　　光ファイバ
５　　分光器
６　　検出器
１０　内燃機関
１１　シリンダヘッド
１２　燃焼室
１３　動弁系連動部材収容室
１４　吸気弁口
１５　吸気ポート
１６　排気弁口
１７　排気ポート
１８　プローブ用開口部
２１　テーパ面
２２　誘電体多層膜
２２´　金属膜
２３　平坦面
３１　光学窓収容部
３２　光ファイバ収容部
３３　連通孔
４１　コネクタ

Claims (10)

  1. 　測定対象物から生じる光を機器に導くための光学測定用プローブであって、
    　一端面が反射面を構成する円柱状に形成されており、外周面の一部に形成された入射面から入射する光を透過させ、前記反射面で反射させて他端面から出射させる光学窓と、
    　前記光学窓の他端面から出射する光を機器に導く導光体とを備え、
    　前記入射面は、平坦面により形成されていることを特徴とする光学測定用プローブ。
  2. 　前記入射面は、前記光学窓の軸線方向に対して平行に延びていることを特徴とする請求項１に記載の光学測定用プローブ。
  3. 　前記入射面は、前記光学窓の軸線方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光学測定用プローブ。
  4. 　前記反射面に成膜された反射膜をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学測定用プローブ。
  5. 　前記反射膜が、誘電体多層膜であることを特徴とする請求項４に記載の光学測定用プローブ。
  6. 　前記反射膜が、金属膜であることを特徴とする請求項４に記載の光学測定用プローブ。
  7. 　前記光学窓及び前記導光体を保持する本体部をさらに備え、
    　前記光学窓は、前記入射面及び前記反射面が外部に張り出すように前記本体部の端部に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学測定用プローブ。
  8. 　請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学測定用プローブと、
    　前記光学測定用プローブにより導かれた光を検出する検出器とを備えることを特徴とする光学測定装置。
  9. 　請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学測定用プローブが、
    　測定対象である燃焼室内に臨むように、内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられたことを特徴とする光学測定装置。
  10. 　前記シリンダヘッドが、動弁系連動部材を収容する動弁系連動部材収容室を有し、
    　前記光学測定用プローブが、前記シリンダヘッドにおける前記動弁系連動部材収容室とは反対側に設けられることを特徴とする請求項９に記載の光学測定装置。
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