JP4264480B2 - Ignition or discharge plug and optical measuring device used in a heat engine or plasma device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、自動車のエンジンやガスタービンなどの熱機関、または、プラズマ装置において用いられる熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに関し、この熱機関、または、プラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などからの光を検出する少なくとも一の光学センサ用光学系を内蔵したものに関する。 The present invention is, for example, a heat engine such as an automobile engine or a gas turbine or a heat engine used in a plasma device or ignition used in the plasma apparatus, or relates to a discharge plug, the heat engine or, in the plasma apparatus The present invention relates to a device incorporating at least one optical system for an optical sensor that detects light from a physical / chemical reaction region , for example, a combustion chamber or a plasma reaction region .
また、本発明は、前記熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグを有して構成され、前記光学センサ用光学系を介して熱機関、または、プラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における物理・化学反応量及びその状態からの光を計測する光計測装置に関する。 Further, the present invention, the heat engine or a spark used in the plasma apparatus or is configured with a discharge plug, the heat engine via the optical system for the optical sensor or the physical and chemical reactions in the plasma apparatus region, for example one, such as a combustion chamber and a plasma reaction region or to an optical measuring device for measuring the light from the physical and chemical reaction amount and its state in the plurality of local.
自発光、プラズマ発光、蛍光、燐光、散乱光、放射光等の物理・化学反応の諸特性は、この物理・化学反応の微細構造とその時間変化に大きく依存しており、そのような微細構造を計測することによって、物理・化学反応量の特性やそれらの相関を知ることができる。また、計測された物理・化学反応の微細構造と、それらの高時間分解能計測データからの時間変動量等から、構造データのフィードバックによる物理・化学反応の制御や、物理・化学反応を発生する装置の改良のためのデータを得ることが可能となる。このような計測は、例えば、自動車のエンジンやガスタービンなどの熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応の解析など、様々な物理・化学反応装置の制御及び改良において非常に重要である。 The characteristics of physical and chemical reactions such as self-emission, plasma emission, fluorescence, phosphorescence, scattered light, and synchrotron radiation are highly dependent on the microstructure of this physical and chemical reaction and its temporal change. By measuring, the characteristics of physical and chemical reaction quantities and their correlation can be known. In addition, the physical and chemical reaction control by the feedback of the structure data and the device that generates the physical and chemical reaction from the fine structure of the measured physical and chemical reaction and the amount of time fluctuation from the high time resolution measurement data. It is possible to obtain data for improving the above. For example, such measurements include various physical and chemical reactions, such as combustion and plasma reaction analysis, in a heat engine such as an automobile engine or a gas turbine, or a plasma apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus or a medical device. • Very important in the control and improvement of chemical reactors.
前述した物理・化学反応の微細構造を計測するためには、まず、局所計測、すなわち、物理・化学反応の構造の空間スケールに比して充分に小さい計測体積に対する計測が必要となる。また、時系列計測、すなわち、物理・化学反応の構造変化の時間スケールに比して充分に短い計測時間について繰り返して連続的に行う計測も必要となる。 In order to measure the fine structure of the physical / chemical reaction described above, first, local measurement, that is, measurement for a measurement volume sufficiently smaller than the spatial scale of the structure of the physical / chemical reaction is required. In addition, time series measurement, that is, measurement that is repeated continuously for a measurement time sufficiently shorter than the time scale of structural change of physical / chemical reaction is also required.
このような計測を実現するものとして、「Proceedings of the Thirty-FifthJapanese Symposium on Combustion, p.54-56 (1997)」には、物理・化学反応による自然発光である自発光を計測する光計測装置が記載されている。この光計測装置は、局所点計測用に最適設計された反射光学系を集光光学系として適用し、計測体積を1.6mm×φ0.2mmと小さくし、また、高速処理が可能な受光素子として光電子増倍管を使用して、250kHzの高速のサンプリングレートで計測を行うことにより、物理・化学反応についての局所的な時系列計測を実現している。また、この文献には、自発光については、OH*、CH*、C2 *の3つの成分からの発光について、各々の対応する波長を計測することによって同時に計測を行うことが記載されている。 In order to realize such measurement, "Proceedings of the Thirty-FifthJapanese Symposium on Combustion, p.54-56 (1997)" is an optical measurement device that measures spontaneous light emission due to physical and chemical reactions. Is described. This optical measurement device uses a reflection optical system optimally designed for local point measurement as a condensing optical system, reduces the measurement volume to 1.6 mm × φ0.2 mm, and can receive light at high speed. Using a photomultiplier tube, measurement is performed at a high sampling rate of 250 kHz, thereby realizing local time-series measurement of physical and chemical reactions. In addition, this document describes that self-luminescence is measured simultaneously by measuring the corresponding wavelengths of light emitted from three components OH * , CH * , and C 2 * . .
また、このような計測装置について、自動車のエンジンに関して複数の計測点について別個に計測を行った例が「Proceedings of the Fourth InternationalSymposium on Diagnostics and Modeling of Combustion in Internal Combustion Engines, p.411-416 (1998)」に記載されている。 In addition, for such a measuring device, an example of separately measuring a plurality of measurement points with respect to an automobile engine is described in `` Proceedings of the Fourth International Symposium on Diagnostics and Modeling of Combustion in Internal Combustion Engines, p.411-416 (1998). )"It is described in.
さらに、本発明者らは、先に、特許文献1に記載されているように、複数の計測点からの光の局所的な時系列計測を効率的に行うことができるようにした光計測装置を提案している。この光計測装置は、反射光学系を用いて、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室内の局所の物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応による発光計測を行い、局所的な物理・化学反応特性の検出を行うものである。
Furthermore, as described in
図31は、従来の光計測装置において使用される光学センサ用光学系の構成を示す側面図である。反射光学系は、図31に示すように、物点101からの光を第1凹面鏡102により反射して集光させ、この反射光を第2凸面鏡103によって再び反射させ、この反射光を第1凹面鏡102の中央部に設けられた透孔104を介してこの第1凹面鏡102の後方側に出射させて、焦点を結ばせる光学系である。
FIG. 31 is a side view showing a configuration of an optical system for an optical sensor used in a conventional optical measurement device. As shown in FIG. 31, the reflecting optical system reflects and collects the light from the
この光計測装置においては、反射光学系の焦点位置105に光ファイバ106の入射端面107を配置し、この光ファイバ106によって導かれた光を分光することにより、この反射光学系の物点101にあたる燃焼室内の局所における物理・化学反応による光の計測を行う。反射光学系は、結像に寄与する面が反射面であるため、色収差の発生がなく、物理・化学反応による光の良好な計測を実現することができる。
In this optical measuring device, the
ところで、上述のような光計測装置において使用されている反射光学系は、2枚の反射鏡を向かい合わせに配置して構成されるものであるため、各反射鏡間の位置合わせが困難であり、また、小型化が困難である。すなわち、この反射光学系は、例えば、エンジンなどの熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに内蔵することができる程度に小型化することは困難である。 By the way, since the reflection optical system used in the optical measuring apparatus as described above is configured by arranging two reflecting mirrors facing each other, it is difficult to align the reflecting mirrors. Also, miniaturization is difficult. That is, it is difficult to reduce the size of the reflection optical system to such an extent that it can be incorporated in, for example, a heat engine such as an engine , an ignition used in a plasma device , or a discharge plug.
また、この反射光学系においては、結像特性が、各反射鏡間の空気の温度変動、密度変動、圧力変動による屈折率の変化や、各反射鏡間の乱気流の影響を受ける虞がある。また、この反射光学系においては、各反射鏡間に塵挨が侵入して各反射鏡が汚れ、結像特性が劣化する虞がある。 Further, in the reflective optical system, imaging characteristics, temperature variation of the air between the reflectors, density fluctuations, changes in the refractive index due to pressure fluctuations, there is likely to be affected in the turbulence between the reflectors. Further, in this reflection optical system, there is a possibility that dust enters between the respective reflecting mirrors to contaminate each reflecting mirror and deteriorate the imaging characteristics.
したがって、この反射光学系は、例えば、エンジンなどの熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに内蔵した場合には、熱機関、または、プラズマ装置の発する熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨などにより、光学特性を維持することが困難となる虞がある。 Thus, the reflection optical system, for example, a heat engine such as an engine or ignition used in the plasma apparatus, or, if incorporated in the discharge plug, the heat engine or a heat generated by the plasma apparatus, a radical, plasma, electromagnetic waves, such as by airflow and Chiri挨, there is a fear that it becomes difficult to maintain the optical characteristics.
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、小型化され、かつ、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨によって光学特性が影響を受けることがない光学センサ用光学系を内蔵し、既存の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと交換するだけで、光計測装置等による熱機関、または、プラズマ装置における物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における物理・化学反応量及びその状態からの光の計測を可能とする熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグを提供しようとするものである。 Therefore, the present invention is proposed in view of the above circumstances, and is an optical sensor that is miniaturized and whose optical characteristics are not affected by heat, radicals, plasma, electromagnetic waves, airflow, and dust. a built-in use optical system, the existing heat engine or ignition used in the plasma apparatus, or simply by replacing the discharging plug, the heat engine by the optical measuring apparatus or the like, or one of the physical and chemical reactions region in a plasma device Alternatively , it is an object of the present invention to provide an ignition or discharge plug for use in a heat engine or a plasma device that enables measurement of physical and chemical reaction amounts in a plurality of regions and light from the state.
また、本発明は、このような熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグを備え、熱機関、または、プラズマ装置の発する熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨などにより計測精度に影響を受けることのない光計測装置を提供しようとするものである。 In addition, the present invention includes an ignition or discharge plug used in such a heat engine or plasma device, and heat, radicals, plasma, electromagnetic waves, air currents, and dust generated by the heat engine or plasma device. It is an object of the present invention to provide an optical measurement device that is not affected by measurement accuracy.
前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、以下の構成のいずれか一を有するものである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an ignition or discharge plug used in a heat engine or a plasma apparatus according to the present invention has any one of the following configurations.
〔構成1〕
碍子部と、碍子部の先端部に設けられた点火・放電部と、碍子部内を通り点火・放電部に接続された電路と、碍子部に穿設された透孔内に配設され先端部を該碍子部の先端面に臨ませている少なくとも一の光学センサ用光学系とを備え、光学センサ用光学系は、先端面を碍子部の先端面に臨ませている光学素子を有して構成されており、光学素子は、第1面及び第2面を有して一体的に形成され、第1面及び第2面がそれぞれ第1領域と第2領域とを有し、第1面の第1領域が凹面の透過面であり、第2面の第1領域が凹面反射面であり、第2面の第2領域が透過面であり、第1面の第2領域が反射面であってこの第1面の物点側表面に反射物質膜が被着されて形成され、この反射物質膜の物点側が防護層によって覆われており、物点からの光が第1面の第1領域に入射され、この光を第2面の第1領域において反射し、この反射光を第1面の第2領域において反射し、この反射光を第2面の第2領域を通して出射させて像点に集光させることを特徴とするものである。
[Configuration 1]
The insulator part, the ignition / discharge part provided at the tip part of the insulator part, the electric path passing through the insulator part and connected to the ignition / discharge part, and the tip part disposed in the through hole formed in the insulator part And at least one optical sensor optical system facing the distal end surface of the lever portion, and the optical sensor optical system includes an optical element having the distal end surface facing the distal end surface of the lever portion. The optical element is formed integrally with a first surface and a second surface, the first surface and the second surface each have a first region and a second region, and the first surface The first region is a concave transmission surface, the first region of the second surface is a concave reflection surface, the second region of the second surface is a transmission surface, and the second region of the first surface is a reflection surface. The reflective material film is deposited on the object side surface of the first surface, and the object side of the reflective material film is covered with a protective layer. There is incident on the first region of the first surface, the light reflected by the first region of the second surface, the reflected light reflected at the second region of the first surface, first the reflected light of the second surface The light is emitted through two regions and condensed on an image point.
〔構成2〕
構成1を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学センサ用光学系を複数備えることを特徴とするものである。
[Configuration 2]
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the
〔構成3〕
構成1、または、構成2を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の防護層は、耐熱性、耐食性、耐蝕性、耐触性の少なくともいずれか一を有するものであることを特徴とするものである。
[Configuration 3]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine or the plasma device having the
〔構成4〕
構成1乃至構成3のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の防護層は、クロム、フッ化マグネシウム、二酸化珪素、二酸化ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかの材料からなる単層膜、または、これらの二以上の材料からなる多層膜によって形成されていることを特徴とするものである。
[Configuration 4]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成5〕
構成4を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の防護層は、第1面の全面に亘って形成され、第1面の第1領域への入射光についての反射防止膜の機能を有していることを特徴とするものである。
[Configuration 5]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having the
〔構成6〕
構成1乃至構成3のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の防護層は、第1面と第2面との間の媒質と同一の材料によって、第1面の全面に亘って形成されていることを特徴とするものである。
[Configuration 6]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成7〕
構成1乃至構成6のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第1面は、第2面よりも小径の面となされており、第1面及び第2面の間には、該第1面の外径から該第2面の外径への拡径部が形成されており、拡径部により、不要光が遮断されることを特徴とするものである。
[Configuration 7]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成8〕
構成1乃至構成6のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第1面及び第2面の間の媒質には、側面部に切欠き部が形成されており、切欠き部により、不要光が遮断されることを特徴とするものである。
[Configuration 8]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成9〕
構成1乃至構成8のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第1面の第2領域は、凸面反射面であることを特徴とするものである。
[Configuration 9]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成10〕
構成1乃至構成9のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第2面の第1領域には、像点側より、金属材料からなる反射膜が被着形成されていることを特徴とするものである。
[Configuration 10]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成11〕
構成1乃至構成9のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第2面の第1領域は、特定の波長帯域の光のみを選択的に反射することを特徴とするものである。
[Configuration 11]
In an ignition or discharge plug used in a heat engine having any one of
〔構成12〕
構成1乃至構成11のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第2面の第1領域は、物点を焦点とする回転楕円面であることを特徴とするものである。
[Configuration 12]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成13〕
構成1乃至構成12のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第2面の第2領域は、像点を曲率中心とした凸球面の透過面となっていることを特徴とするものである。
[Configuration 13]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成14〕
構成1乃至構成13のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の像点は、第2面の第2領域上、または、第2面よりも第1面の側にあることを特徴とするものである。
[Configuration 14]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成15〕
構成1乃至構成14のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第1面及び第2面がそれぞれ複数の第1領域と第2領域とを有し、第2面の各第1領域は、互いに異なる曲率中心、または、焦点を有する複数の部分に分割された凹面からなる反射面であり、物点からの光は、第1面の各第1領域に入射され、第2面の各第1領域において対応して反射され、第1面の各第2領域において反射され、像点に集光されることを特徴とするものである。
[Configuration 15]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成16〕
構成1乃至構成15のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、少なくとも一の光ファイバを備え、光ファイバの入射端面は、光学素子の単数、または、複数の像点の位置に配置されていることを特徴とするものである。
[Configuration 16]
In an ignition or discharge plug used in a heat engine having any one of
〔構成17〕
構成1乃至構成15のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、複数の光ファイバからなる光ファイバアレイを備え、各光ファイバの各入射端面は、光学素子の複数の像点の位置に配置されており、光軸に対して所定角度をなす一平面上、または、光軸方向について互いに異なる位置に1次元乃至2次元配列されていることを特徴とするものである。
[Configuration 17]
The ignition or discharge plug used in the heat engine having any one of
〔構成18〕
構成14を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、少なくとも一の光ファイバを備え、光ファイバの入射端面は、光学素子の第2面の第2領域上、または、第2面よりも第1面の側の単数、または、複数の像点の位置に配置されていることを特徴とするものである。
[Configuration 18]
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the
〔構成19〕
構成14を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、複数の光ファイバからなる光ファイバアレイを備え、各光ファイバの各入射端面は、光学素子の第2面の第2領域上、または、第2面よりも第1面の側の複数の像点の位置に配置されており、光軸に対して所定角度をなす一平面上、または、光軸方向について互いに異なる位置に1次元乃至2次元配列されていることを特徴とするものである。
[Configuration 19]
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the
〔構成20〕
構成1乃至構成15のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の像点に複数の受光部を配置させた受光素子を備え、受光素子により、光学素子の物点側の複数の計測点における光の光学素子による複数の像点からの光を検出することを特徴とするものである。
[Configuration 20]
A heat engine having any one of
〔構成21〕
構成20を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、複数の計測点は、1次元配列されており、複数の受光部は、複数の計測点に対応する複数の像点の位置に1次元配列されていることを特徴とするものである。
[Configuration 21]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having the
〔構成22〕
構成20を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、複数の計測点は、マトリクス状に2次元配列されており、複数の受光部は、複数の計測点に対応する複数の像点の位置にマトリクス状に2次元配列されていることを特徴とするものである。
[Configuration 22]
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having the
また、本発明に係る光計測装置は、以下の構成のいずれか一を有するものである。 Moreover, the optical measuring device which concerns on this invention has any one of the following structures.
〔構成23〕
熱機関、または、プラズマ装置における物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における物理・化学反応量及びその状態からの光を計測するための光計測装置であって、構成1乃至構成15のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと、光学素子の像点における光を分光する分光手段と、分光手段により分光された光を受光する受光素子を有する光計測手段と、計測手段により得られた信号を処理する信号処理手段とを備え、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所から発せられる任意の波長の光を検出することを特徴とするものである。
[Configuration 23 ]
An optical measurement device for measuring the amount of physical / chemical reaction in one or a plurality of local areas in a heat engine or a plasma apparatus and the light from the state, comprising: An ignition or discharge plug used in a heat engine having any one of the above, a discharge plug, a spectroscopic unit that splits light at the image point of the optical element, and a light receiving element that receives the light dispersed by the spectroscopic unit An optical measurement means having a signal processing means for processing a signal obtained by the measurement means, and detecting light of an arbitrary wavelength emitted from one or a plurality of local areas of the physical / chemical reaction region It is what.
〔構成24〕
熱機関、または、プラズマ装置における物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における物理・化学反応量及びその状態からの光を計測するための光計測装置であって、構成16乃至構成19のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと、光学素子の像点における光が光ファイバを介して入射され、この光を分光する分光手段と、分光手段により分光された光を受光する受光素子を有する光計測手段と、計測手段により得られた信号を処理する信号処理手段とを備え、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所から発せられる任意の波長の光を検出することを特徴とするものである。
[Configuration 24 ]
An optical measurement device for measuring the amount of physical / chemical reaction in one or a plurality of local areas in a heat engine or plasma apparatus and the light from the state, comprising 16 to 19 The ignition or discharge plug used in a heat engine having any one of the above, or a discharge plug, light at an image point of the optical element is incident through an optical fiber, and the light is dispersed, and the light is dispersed A light measuring means having a light receiving element for receiving the light dispersed by the light and a signal processing means for processing a signal obtained by the measuring means, and emitted from one or a plurality of local areas of the physical / chemical reaction region It is characterized by detecting light of an arbitrary wavelength.
〔構成25〕
熱機関、または、プラズマ装置における物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における物理・化学反応量及びその状態からの光を計測するための光計測装置であって、構成20乃至構成23のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと、受光素子により得られた信号を処理する信号処理手段とを備え、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所から発せられる任意の波長の光を検出することを特徴とするものである。
[Configuration 25 ]
An optical measurement device for measuring the amount of physical / chemical reaction in one or a plurality of local physical / chemical reaction regions and the light from the state in a heat engine or plasma device, comprising 20 to 23 A heat engine having any one of the above, or an ignition or discharge plug used in a plasma device, and a signal processing means for processing a signal obtained by a light receiving element, or one of physical / chemical reaction regions, or It is characterized by detecting light of an arbitrary wavelength emitted from a plurality of local areas.
〔構成26〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域のプラズマ場の一、または、複数の局所における異なる波長の発光強度を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 26 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成27〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域のプラズマ場における異なる波長の光強度比、スペクトルの線幅、または、シフト量から、プラズマ特性量を同定することを特徴とするものである。
[Configuration 27 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成28〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 28 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成29〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその時間的変化を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 29 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成30〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における局所空燃比を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 30 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成31〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の厚さを計測することを特徴とするものである。
[Configuration 31 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成32〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の到達速度を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 32 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成33〕
構成32を有する光計測装置において、信号処理手段は、ラジカルの組成ごとに異なる火炎帯もしくは反応帯の到達速度を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 33 ]
In the optical measurement device having the configuration 32 , the signal processing means measures the arrival speed of a flame zone or a reaction zone that differs for each radical composition.
〔構成34〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 34 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成35〕
構成34を有する光計測装置において、信号処理手段は、ラジカルの組成ごとに異なる火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 35 ]
In the optical measuring device having the configuration 34 , the signal processing means measures fluctuations in the arrival speed of the flame zone or reaction zone that differs for each radical composition.
〔構成36〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動周波数を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 36 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成37〕
構成36を有する光計測装置において、信号処理手段は、ラジカルの組成ごとに異なる火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動周波数を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 37 ]
In the optical measuring device having the
〔構成38〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の広がる方向を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 38 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成39〕
構成38を有する光計測装置において、信号処理手段は、ラジカルの組成ごとに異なる火炎帯もしくは反応帯の広がる方向を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 39 ]
In the optical measurement device having the configuration 38 , the signal processing means measures a direction in which a flame zone or a reaction zone spreads for each radical composition.
〔構成40〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、熱機関、または、プラズマ装置の時系列変動(サイクル変動など)を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 40 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成41〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、熱機関、または、プラズマ装置におけるノッキングなどの異常反応を検出することを特徴とするものである。
[Configuration 41 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成42〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における火炎もしくは反応の核の形成情報を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 42 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成43〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所における火炎、ガス、または、プラズマの温度情報を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 43 ]
In the optical measurement device having any one of
〔構成44〕
構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるガスの組成・濃度を計測することを特徴とするものである。
[Configuration 44 ]
In the optical measurement device having any one of
構成1を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいては、碍子部に穿設された透孔内に配設され先端部を該碍子部の先端面に臨ませている光学センサ用光学系の光学素子は、第1面及び第2面を有する一体的な光学素子であるため、第1面及び第2面間の媒質の温度変動、密度変動、圧力変動による屈折率変化が少なく、各面間には、乱流、ガス種変動が生じたり、塵挨が侵入する虞がない。また、この光学素子においては、結像に寄与する面が反射面であるため、色収差の発生がなく、良好な結像特性を有する。さらに、この光学素子においては、反射面である第1面の第2領域は、第1面の物点側表面に反射物質膜が被着されて形成されこの反射物質膜の物点側が防護層によって覆われているので、物点側の空間からの熱、ラジカル、プラズマ、電磁波及び塵挨などによって、反射物質膜が損傷を被ることがない。
Heat engine having a
したがって、この熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグの光学素子は、製造が容易であり、また、小型化が可能でありながら、良好な結像特性を有するとともに、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨の影響による光学特性の劣化を回避することができる。また、この光学素子においては、反射物質膜と光学素子をなす媒質との界面が反射面となるので、反射物質膜の外側表面が汚れても、光学特性が劣化することがない。 Therefore, the optical element of the ignition or discharge plug used in this heat engine or plasma device is easy to manufacture and can be downsized while having good imaging characteristics, Degradation of optical properties due to the influence of radicals, plasma, electromagnetic waves, airflow and dust can be avoided. In this optical element, the interface between the reflective material film and the medium forming the optical element becomes a reflective surface, so that the optical characteristics do not deteriorate even if the outer surface of the reflective material film becomes dirty.
構成2を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学センサ用光学系を複数備えるので、これら光学センサ用光学系により、単数、または、複数の物点からの光を、同時に複数の像点に集光させることができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine or the plasma device having the
構成3を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1、または、構成2を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の防護層が、耐熱性、耐食性、耐蝕性、耐触性の少なくともいずれか一を有するので、反射物質膜は、物点側からの熱、ラジカル、プラズマ、電磁波及び塵挨などによる腐食、腐蝕、接触から保護される。
Heat engine having a
構成4を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成3のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の防護層が、クロム、フッ化マグネシウム、二酸化珪素、二酸化ジルコニア、酸化チタン、アルミナのいずれかの材料からなる単層膜、または、これらの二以上の材料からなる多層膜によって形成されているので、物点側からの熱、ラジカル、プラズマ、電磁波及び塵挨などによる腐食、腐蝕、接触による反射物質膜の損傷を確実に防止することができる。
Heat engine has a
構成5を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成3を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の防護層が、第1面の全面に亘って形成され、第1面の第1領域への入射光についての反射防止膜の機能を有しているので、物点側からの熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨等による反射物質膜の損傷が防止されるとともに、第1面の第1領域における入射光の透過率を向上させることができる。
Heat engine having a
構成6を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成3のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の防護層は、第1面と第2面との間の媒質と同一の材料によって、第1面の全面に亘って形成されているので、この防護層と光学素子をなす媒質とを良好に接合させることができる。
Heat engine has a structure 6, or ignition used in the plasma apparatus, or, the discharge plug, heat engine having any one of
構成7を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成6のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第1面は、第2面よりも小径の面となされており、第1面及び第2面の間には、該第1面の外径から該第2面の外径への拡径部が形成されており、拡径部により、不要光が遮断されるので、良好な結像特性を実現することができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the configuration 7 or the plasma device is an optical component in the ignition or discharge plug used in the heat engine or the plasma device having any one of the
構成8を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成6のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第1面及び第2面の間の媒質には、側面部に切欠き部が形成されており、切欠き部により、不要光が遮断されるので、良好な結像特性を実現することができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the configuration 8 or the plasma device is an optical component in the ignition or discharge plug used in the heat engine or the plasma device having any one of the
構成9を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成8のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第1面の第2領域は、凸面反射面であるので、像点の位置を、第2面の後方に十分に離れた位置とすることができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the configuration 9 or the plasma device is an optical element in the ignition or discharge plug used in the heat engine or the plasma device having any one of the
構成10を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成9のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第2面の第1領域には、像点側より、金属材料からなる反射膜が被着形成されているので、この領域における反射率を上げることができるとともに、反射膜と光学素子をなす媒質との界面が反射面となるので、反射膜の外側表面が汚れても、光学特性が劣化することがない。
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the
構成11を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成9のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第2面の第1領域は、特定の波長帯域の光のみを選択的に反射するので、物点における特定の波長帯域の光のみを結像させることができる。
Heat engine having a
構成12を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成11のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第2面の第1領域は、物点を焦点とする回転楕円面であるので、無収差の良好な結像特性を実現することができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the
構成13を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成12のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の第2面の第2領域は、像点を曲率中心とした凸球面の透過面となっているので、この光学素子からの出射光が第2面の第2領域において屈折することがなく、この領域において収差が生ずることがない。
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the
構成14を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成12のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の像点は、第2面の第2領域上、または、第2面よりも第1面の側にあるので、この光学素子に光ファイバ等を接合させれば、この光ファイバ等に対して、像点の光を直接導入させることができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the
構成15を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいては、光学素子の第2面の第1領域が、互いに異なる曲率中心、または、焦点を有する複数の部分に分割された凹面からなる反射面であるので、単数、または、複数の物点からの光を、同時に複数の像点に集光させることができる。
In the ignition or discharge plug used in the heat engine having the
構成16を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成15のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、少なくとも一の光ファイバを備え、光ファイバの入射端面は、光学素子の単数、または、複数の像点の位置に配置されているので、この光ファイバの入射端面に対して共役な領域からの光をこの光ファイバを介して検出することができる。
The ignition or discharge plug used for the heat engine having the
構成17を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成15のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、複数の光ファイバからなる光ファイバアレイを備え、各光ファイバの各入射端面は、光学素子の複数の像点の位置に配置されており、光軸に対して所定角度をなす一平面上、または、光軸方向について互いに異なる位置に1次元乃至2次元配列されているので、これら光ファイバの入射端面に対して共役な領域からの光をこの光ファイバを介して検出することができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine or the plasma device having the
構成18を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成14を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、少なくとも一の光ファイバを備え、光ファイバの入射端面は、光学素子の第2面の第2領域上、または、第2面よりも第1面の側の単数、または、複数の像点の位置に配置されているので、この光ファイバの入射端面に対して共役な領域からの光を光学素子から光ファイバに直接導入することができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine or the plasma device having the
構成19を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成14を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、複数の光ファイバからなる光ファイバアレイを備え、各光ファイバの各入射端面は、光学素子の第2面の第2領域上、または、第2面よりも第1面の側の複数の像点の位置に配置されており、光軸に対して所定角度をなす一平面上、または、光軸方向について互いに異なる位置に1次元乃至2次元配列されているので、これら光ファイバの入射端面に対して共役な1次元乃至2次元配列された領域からの光をこの光ファイバを介して検出することができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the
構成20を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成1乃至構成15のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、光学素子の像点に複数の受光部を配置させた受光素子を備え、受光素子により、光学素子の物点側の複数の計測点における光の光学素子による複数の像点からの光を検出するので、単一の光学系を用いることにより装置の小型化が可能であり、かつ、装置の移動や再配置等を行うことなく、複数の計測点について効率的に光の検出を行うことができる。
The ignition or discharge plug used in the heat engine having the
受光素子としては、例えば、ラインセンサやCCDなどを用いた位置検出型光計測装置を用いることができる。 As the light receiving element, for example, a position detection type optical measuring device using a line sensor, a CCD, or the like can be used.
そして、構成21を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成20を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、複数の計測点は、1次元配列され、複数の受光部が複数の計測点に対応する複数の像点の位置に1次元配列されており、また、構成22を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成20を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、複数の計測点は、マトリクス状に2次元配列され、複数の受光部が複数の計測点に対応する複数の像点の位置にマトリクス状に2次元配列されており、さらに、構成23を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、構成20を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいて、複数の計測点は、2次元配列され、複数の受光部が複数の計測点に対応する複数の像点の位置に2次元配列されている。
The ignition or discharge plug used for the heat engine or the plasma device having the
このように複数の受光部を1次元乃至2次元に配列させることによって、複数の計測点に対応する複数の光を効率的に検出することができる。 As described above, by arranging the plurality of light receiving units in one dimension or two dimensions, it is possible to efficiently detect a plurality of lights corresponding to a plurality of measurement points.
すなわち、本発明は、小型化され、かつ、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨によって光学特性が影響を受けることがない光学センサ用光学系を内蔵し、既存の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと交換するだけで、光計測装置等による熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における物理・化学反応量及びその状態からの光の計測を可能とする熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグを提供することができるものである。 That is, the present invention incorporates an optical system for an optical sensor that is miniaturized and has optical characteristics that are not affected by heat, radicals, plasma, electromagnetic waves, airflow, and dust, an existing heat engine , or By simply replacing the ignition or discharge plug used in the plasma device, a physical engine or chemical reaction region in a plasma engine such as a heat engine by an optical measuring device or the like, or a semiconductor manufacturing device or a medical device , such as a combustion chamber or a plasma reaction one such region, or heat engine to allow the measurement of light from the physical and chemical reaction amount and its state in the plurality of local or ignition used in the plasma apparatus, or those capable of providing a discharge plug It is.
なお、前述のように、本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、点火、または、放電プラグとしての機能を有しているが、このような点火、または、放電プラグとしての機能を使用せずに、排ガス成分分析装置やガス濃度検出装置として使用することもできる。 As described previously, the heat engine according to the present invention, or ignition used in the plasma apparatus, or, the discharge plug, ignition, or, has the function of a discharge plug, such ignition, or Further, it can be used as an exhaust gas component analyzer or a gas concentration detector without using the function as a discharge plug.
そして、構成23を有する光計測装置は、構成1乃至構成15のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと、光学素子の像点における光を分光する分光手段と、分光手段により分光された光を受光する受光素子を有する光計測手段と、計測手段により得られた信号を処理する信号処理手段とを備え、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所から発せられる任意の波長の光を検出するので、単一の光学系を用いていることにより装置の小型化が可能であり、かつ、装置の移動や再配置等を行うことなく、一、または、複数の計測点について効率的な光計測を行うことができる。
The optical measuring device having the
火炎が発する任意の波長の光としては、例えば、OH*、CH*、C2 *など、プラズマ反応では、H、O、N、N2、OHなど、特定の成分からの光を選択的に計測することができる。また、計測点における光は、自発光、プラズマ発光、蛍光、燐光、散乱光、放射光であるので、種々の物理・化学反応に対応することができる。 As light of an arbitrary wavelength emitted by the flame, for example, OH * , CH * , C 2 *, etc. In the plasma reaction, light from a specific component such as H, O, N, N 2 , OH, etc. is selectively used. It can be measured. In addition, since the light at the measurement point is self-luminous, plasma emission, fluorescence, phosphorescence, scattered light, and radiated light, it can cope with various physical and chemical reactions.
また、この光計測装置においては、光学素子として、第1面及び第2面を有する一体的な光学素子を用いているため、第1面及び第2面間の媒質の温度変動、密度変動、圧力変動による屈折率変化が少なく、各面間には、乱流、ガス種変動が生じたり、塵挨が侵入する虞がない。この光学素子は、製造が容易であり、また、小型化が可能でありながら、良好な結像特性を有するとともに、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨の影響による光学特性の劣化を回避することができる。 Further, in this optical measuring device, since an integrated optical element having the first surface and the second surface is used as the optical element, temperature variation, density variation of the medium between the first surface and the second surface, There is little change in the refractive index due to pressure fluctuations, and there is no possibility of turbulent flow, gas type fluctuations or dust intrusion between the surfaces. This optical element is easy to manufacture and can be miniaturized, and has good imaging characteristics, as well as deterioration of optical characteristics due to the effects of heat, radicals, plasma, electromagnetic waves, airflow and dust. It can be avoided.
さらに、この光計測装置においては、光学素子において結像に寄与する面が反射面であるため、色収差の発生がなく、良好な結像特性を実現することができる。 Furthermore, in this optical measuring device, since the surface that contributes to image formation in the optical element is a reflection surface, no chromatic aberration is generated, and good image formation characteristics can be realized.
構成24を有する光計測装置は、構成16乃至構成19のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと、光学素子の像点における光が光ファイバを介して入射されこの光を分光する分光手段と、分光手段により分光された光を受光する受光素子を有する光計測手段と、計測手段により得られた信号を処理する信号処理手段とを備え、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所から発せられる任意の波長の光を検出するので、単一の光学系を用いていることにより装置の小型化が可能であり、かつ、装置の移動や再配置等を行うことなく、一、または、複数の計測点について効率的な光計測を行うことができる。
In the optical measurement device having the configuration 24 , the light at the image point of the optical element through the ignition or discharge plug used in the heat engine or the plasma device having any one of the
火炎が発する任意の波長の光としては、例えば、OH*、CH*、C2 *など、プラズマ反応では、H、O、N、N2、OHなど、特定の成分からの光を選択的に計測することができる。また、計測点における光は、自発光、プラズマ発光、蛍光、燐光、散乱光、放射光であるので、種々の物理・化学反応に対応することができる。 As light of an arbitrary wavelength emitted by the flame, for example, OH * , CH * , C 2 *, etc. In the plasma reaction, light from a specific component such as H, O, N, N 2 , OH, etc. is selectively used. It can be measured. In addition, since the light at the measurement point is self-luminous, plasma emission, fluorescence, phosphorescence, scattered light, and radiated light, it can cope with various physical and chemical reactions.
また、この光計測装置においては、光学素子として、第1面及び第2面を有する一体的な光学素子を用いているため、第1面及び第2面間の媒質の温度変動、密度変動、圧力変動による屈折率変化が少なく、各面間には、乱流、ガス種変動が生じたり、塵挨が侵入する虞がない。この光学素子は、製造が容易であり、また、小型化が可能でありながら、良好な結像特性を有するとともに、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨の影響による光学特性の劣化を回避することができる。 Further, in this optical measuring device, since an integrated optical element having the first surface and the second surface is used as the optical element, temperature variation, density variation of the medium between the first surface and the second surface, There is little change in the refractive index due to pressure fluctuations, and there is no possibility of turbulent flow, gas type fluctuations or dust intrusion between the surfaces. This optical element is easy to manufacture and can be miniaturized, and has good imaging characteristics, as well as deterioration of optical characteristics due to the effects of heat, radicals, plasma, electromagnetic waves, airflow and dust. It can be avoided.
さらに、この光計測装置においては、光学素子において結像に寄与する面が反射面であるため、色収差の発生がなく、良好な結像特性を実現することができる。 Furthermore, in this optical measuring device, since the surface that contributes to image formation in the optical element is a reflection surface, no chromatic aberration is generated, and good image formation characteristics can be realized.
構成25を有する光計測装置は、構成20乃至構成23のいずれか一を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと、受光素子により得られた信号を処理する信号処理手段とを備え、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所から発せられる任意の波長の光を検出するので、単一の光学系を用いていることにより装置の小型化が可能であり、かつ、装置の移動や再配置等を行うことなく、一、または、複数の計測点について効率的な光計測を行うことができる。
The optical measuring device having the
火炎が発する任意の波長の光としては、例えば、OH*、CH*、C2 *など、プラズマ反応では、H、O、N、N2、OHなど、特定の成分からの光を選択的に計測することができる。また、計測点における光は、自発光、プラズマ発光、蛍光、燐光、散乱光、放射光であるので、種々の物理・化学反応に対応することができる。 As light of an arbitrary wavelength emitted by the flame, for example, OH * , CH * , C 2 *, etc. In the plasma reaction, light from a specific component such as H, O, N, N 2 , OH, etc. is selectively used. It can be measured. In addition, since the light at the measurement point is self-luminous, plasma emission, fluorescence, phosphorescence, scattered light, and radiated light, it can cope with various physical and chemical reactions.
また、この光計測装置においては、光学素子として、第1面及び第2面を有する一体的な光学素子を用いているため、第1面及び第2面間の媒質の温度変動、密度変動、圧力変動による屈折率変化が少なく、各面間には、乱流、ガス種変動が生じたり、塵挨が侵入する虞がない。この光学素子は、製造が容易であり、また、小型化が可能でありながら、良好な結像特性を有するとともに、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨の影響による光学特性の劣化を回避することができる。 Further, in this optical measuring device, since an integrated optical element having the first surface and the second surface is used as the optical element, temperature variation, density variation of the medium between the first surface and the second surface, There is little change in the refractive index due to pressure fluctuations, and there is no possibility of turbulent flow, gas type fluctuations or dust intrusion between the surfaces. This optical element is easy to manufacture and can be miniaturized, and has good imaging characteristics, as well as deterioration of optical characteristics due to the effects of heat, radicals, plasma, electromagnetic waves, airflow and dust. It can be avoided.
さらに、この光計測装置においては、光学素子において結像に寄与する面が反射面であるため、色収差の発生がなく、良好な結像特性を実現することができる。 Furthermore, in this optical measuring device, since the surface that contributes to image formation in the optical element is a reflection surface, no chromatic aberration is generated, and good image formation characteristics can be realized.
構成26を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域のプラズマ場の一、または、複数の局所における異なる波長の発光強度を計測するので、単一の光学系を用いていることにより装置の小型化が可能であり、かつ、装置の移動や再配置等を行うことなく、一、または、複数の計測点について効率的な光計測を行うことができる。
The optical measurement device having the configuration 26 is the optical measurement device having any one of the
プラズマが発する任意の波長の光としては、例えば、H、O、N、N2、OHなど特定の成分からの光を選択的に計測することができる。また、この光計測装置においては、光学素子として、第1面及び第2面を有する一体的な光学素子を用いているため、第1面及び第2面間の媒質の温度変動、密度変動、圧力変動による屈折率変化が少なく、各面間には、乱流、ガス種変動が生じたり、塵挨が侵入する虞がない。この光学素子は、製造が容易であり、また、小型化が可能でありながら、良好な結像特性を有するとともに、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨の影響による光学特性の劣化を回避することができる。 As light of an arbitrary wavelength emitted by plasma, for example, light from a specific component such as H, O, N, N 2 , and OH can be selectively measured. Further, in this optical measuring device, since an integrated optical element having the first surface and the second surface is used as the optical element, temperature variation, density variation of the medium between the first surface and the second surface, There is little change in the refractive index due to pressure fluctuations, and there is no possibility of turbulent flow, gas type fluctuations or dust intrusion between the surfaces. This optical element is easy to manufacture and can be miniaturized, and has good imaging characteristics, as well as deterioration of optical characteristics due to the effects of heat, radicals, plasma, electromagnetic waves, airflow and dust. It can be avoided.
さらに、この光計測装置においては、光学素子において結像に寄与する面が反射面であるため、色収差の発生がなく、同じ点からの異なる波長の同時計測を実現することができる。 Further, in this optical measurement device, since the surface that contributes to image formation in the optical element is a reflection surface, there is no occurrence of chromatic aberration, and simultaneous measurement of different wavelengths from the same point can be realized.
構成27を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域のプラズマ場における異なる波長の光強度比、スペクトルの線幅、または、シフト量から、プラズマ特性量を同定するので、単一の光学系を用いていることにより装置の小型化が可能であり、かつ、装置の移動や再配置等を行うことなく、一、または、複数の計測点について効率的な光計測を行うことができる。
The optical measurement device having the configuration 27 is the optical measurement device having any one of the
プラズマが発する任意の波長の光としては、例えば、H、O、N、N2、OHなど特定の成分からの光を選択的に計測することができる。また、この光計測装置においては、光学素子として、第1面及び第2面を有する一体的な光学素子を用いているため、第1面及び第2面間の媒質の温度変動、密度変動、圧力変動による屈折率変化が少なく、各面間には、乱流、ガス種変動が生じたり、塵挨が侵入する虞がない。この光学素子は、製造が容易であり、また、小型化が可能でありながら、良好な結像特性を有するとともに、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨の影響による光学特性の劣化を回避することができる。 As light of an arbitrary wavelength emitted by plasma, for example, light from a specific component such as H, O, N, N 2 , and OH can be selectively measured. Further, in this optical measuring device, since an integrated optical element having the first surface and the second surface is used as the optical element, temperature variation, density variation of the medium between the first surface and the second surface, There is little change in the refractive index due to pressure fluctuations, and there is no possibility of turbulent flow, gas type fluctuations or dust intrusion between the surfaces. This optical element is easy to manufacture and can be miniaturized, and has good imaging characteristics, as well as deterioration of optical characteristics due to the effects of heat, radicals, plasma, electromagnetic waves, airflow and dust. It can be avoided.
構成28を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態に関する多くの情報を取得することができる。
The optical measurement device having configuration 28 is the optical measurement device having any one of
構成29を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその時間的変化を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態に関する多くの情報を取得することができる。
The optical measurement device having the configuration 29 is the optical measurement device having any one of the
構成30を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における局所空燃比を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から局所空燃比に関する情報を取得することができる。
The optical measurement device having the
構成31を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の厚さを計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎帯もしくは反応帯の厚さに関する情報を取得することができる。
The optical measurement device having the
構成32を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の到達速度を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎帯もしくは反応帯の到達速度に関する情報を取得することができる。
The optical measurement device having the configuration 32 is the optical measurement device having any one of the
構成33を有する光計測装置は、構成32を有する光計測装置において、信号処理手段は、ラジカルの組成ごとに異なる火炎帯もしくは反応帯の到達速度を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎帯もしくは反応帯の到達速度に関してラジカルの組成ごとの情報を取得することができる。 The optical measurement device having the configuration 33 is the same as the optical measurement device having the configuration 32. The signal processing unit measures the arrival speed of a flame zone or a reaction zone that differs for each radical composition. It is possible to acquire information for each radical composition regarding the arrival speed of the flame zone or the reaction zone from the state of the physical / chemical reaction zone, for example, the combustion chamber or the plasma reaction zone, in the plasma apparatus such as a medical device.
構成34を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動に関する情報を取得することができる。
The optical measurement device having the configuration 34 is the optical measurement device having any one of the
構成35を有する光計測装置は、構成34を有する光計測装置において、信号処理手段は、ラジカルの組成ごとに異なる火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎帯もしくは反応帯の到達速度に関してラジカルの組成ごとの情報を取得することができる。
The optical measurement device having the
構成36を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動周波数を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動周波数に関する情報を取得することができる。
The optical measurement device having the
構成37を有する光計測装置は、構成36を有する光計測装置において、信号処理手段は、ラジカルの組成ごとに異なる火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動周波数を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎帯もしくは反応帯の到達速度の変動周波数に関してラジカルの組成ごとの情報を取得することができる。
Since the optical measurement device having the configuration 37 is the optical measurement device having the
構成38を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における火炎帯もしくは反応帯の広がる方向を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎帯もしくは反応帯の広がる方向に関する情報を取得することができる。
The optical measurement device having the configuration 38 is the optical measurement device having any one of the
構成39を有する光計測装置は、構成38を有する光計測装置において、信号処理手段は、ラジカルの組成ごとに異なる火炎帯もしくは反応帯の広がる方向を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎帯もしくは反応帯の広がる方向に関してラジカルの組成ごとの情報を取得することができる。 Since the optical measurement device having the configuration 39 is the optical measurement device having the configuration 38 , the signal processing means measures the direction in which the flame zone or the reaction zone varies depending on the radical composition, so that the heat engine or the semiconductor manufacturing apparatus In addition, it is possible to acquire information for each radical composition with respect to a direction in which a flame zone or a reaction zone spreads from a state of a physical / chemical reaction region in a plasma device such as a medical device, for example, a combustion chamber or a plasma reaction region.
構成40を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置の時系列変動(サイクル変動など)を計測するので、熱機関、または、プラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から時系列変動(サイクル変動など)に関する情報を取得することができる。
The optical measurement device having the
構成41を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置におけるノッキングなどの異常反応を検出するので、熱機関、または、プラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態からノッキングなどの異常反応に関する情報を取得することができる。
The optical measurement device having the
構成42を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における火炎もしくは反応の核の形成情報を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎もしくは反応の核の形成情報を取得することができる。
The optical measurement device having the configuration 42 is the optical measurement device having any one of the
構成43を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの一、または、複数の局所における火炎、ガス、または、プラズマの温度情報を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態から火炎、ガス、または、プラズマの温度情報を取得することができる。
The optical measurement device having the configuration 43 is the optical measurement device having any one of the
構成44を有する光計測装置は、構成23乃至構成25のいずれか一を有する光計測装置において、信号処理手段は、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるガスの組成・濃度を計測するので、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域などの状態からガスの組成・濃度に関する情報を取得することができる。
The optical measurement device having the configuration 44 is the optical measurement device having any one of the
すなわち、本発明は、前記のような熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグを備え、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置の発する熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨などにより計測精度に影響を受けることのない光計測装置を提供することができるものである。 That is, the present invention includes an ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device as described above, and generates heat, radicals, plasma generated by the heat engine, or a plasma device such as a semiconductor manufacturing device or a medical device. It is possible to provide an optical measurement device that is not affected by measurement accuracy due to electromagnetic waves, airflow, dust, and the like.
なお、前述のように、本発明に係る光計測装置は、点火、または、放電プラグとしての機能を有する熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグを備えているが、このような点火、または、放電プラグとしての機能を使用せずに、排ガス成分分析装置やガス濃度検出装置として使用することもできる。 As described previously, the optical measuring apparatus according to the present invention, the ignition or the heat engine has a function as a discharge plug, or ignition used in the plasma apparatus, or is provided with the discharge plug, such It can also be used as an exhaust gas component analysis device or a gas concentration detection device without using a function as a simple ignition or a discharge plug.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグの実施の形態〕
本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、図1に示すように、碍子部1と、この碍子部1の先端部に設けられた点火(放電)部2と、碍子部1内を通り点火(放電)部2に接続された電路3とを備えている。
[Embodiment of ignition or discharge plug used in heat engine or plasma device]
As shown in FIG. 1, the ignition or discharge plug used in the heat engine or the plasma apparatus according to the present invention includes an
そして、この熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいては、碍子部1に穿設された透孔4内に、少なくとも一の光学センサ用光学系5が配設されている。この光学センサ用光学系5は、先端部を碍子部1の先端面に臨ませている。この光学センサ用光学系5は、先端面を碍子部1の先端面に臨ませている光学素子10を有して構成されている。
In the ignition or discharge plug used in this heat engine or plasma device, at least one optical sensor
この熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、対象となる熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置に既存の点火プラグと置き換えることができるように、既存の点火プラグと同一の大きさ及び外形形状を有して構成されている。対象となる熱機関、または、プラズマ装置は、自動車用その他のガソリンエンジン(レシプロエンジン及びロータリーエンジン)、ディーゼルエンジン、オイルバーナーを用いた噴霧燃焼方式の火炉やボイラー、航空機や火力発電に使用されるガスタービン、ラム、スクラムジェットエンジン燃焼器、給湯器、燃料電池、水素エンジン、除菌・滅菌装置など、様々な熱機関や、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置のような物理・化学反応装置である。 The ignition or discharge plug used in this heat engine or plasma device can be replaced with an existing spark plug in the target heat engine or plasma device such as a semiconductor manufacturing device or medical device. The spark plug has the same size and outer shape as the spark plug. The target heat engine or plasma device is used in other gasoline engines for automobiles (reciprocating engines and rotary engines), diesel engines, spray combustion furnaces and boilers using oil burners, aircraft and thermal power generation. Physical / chemical reactions such as gas turbines, rams, scramjet engine combustors, water heaters, fuel cells, hydrogen engines, sterilizers / sterilizers, various heat engines, semiconductor manufacturing equipment, plasma equipment for medical equipment, etc. Device.
本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、これら熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置におけるスパークプラグやグロープラグと置き換えることができるようになっている。すなわち、点火(放電)部2としては、昇温による点火を行う点火部や、アーク放電やグロー放電などの放電を行う放電部のいずれとして構成されていてもよい。
The ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device according to the present invention can be replaced with a spark plug or a glow plug in these heat engines or plasma devices such as semiconductor manufacturing devices and medical devices. It has become. That is, the ignition (discharge)
なお、本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、光学センサ用光学系5を複数備えていることとしてもよい。
The ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device according to the present invention may include a plurality of
〔光学素子の構成〕
本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおける光学センサ用光学系5を構成する光学素子10は、図2に示すように、第1面11及び第2面12を有する一体的な光学素子である。これら第1面11及び第2面12間は、いわゆる光学ガラスや合成石英等の一様な媒質となっている。
[Configuration of optical element]
As shown in FIG. 2, the
第1面11及び第2面12は、それぞれ外周側の第1領域11a,12aと、中央部の第2領域11b,12bとを有している。なお、第1面11及び第2面12における第2領域11b,12bは、第1面11及び第2面12における中心部である必要はなく、第1面11及び第2面12に対して偏芯した位置に形成されていてもよい。
First and
この光学素子においては、物点Oからの光は、第1面11の第1領域11aに入射し、第1面11及び第2面12間の媒質中を進行して、第2面12の第1領域12aにおいて反射される。そして、第2面12の第1領域12aにおいて反射された光は、第1面11の第2領域11bにおいて反射され、第2面12の第2領域12bを通して出射され、像点Iに集光する。
In this optical element, light from the object point O enters the
第1面11の第1領域11aは、凹面の透過面である。この第1面11の第1領域11aは、物点Oを曲率中心とした凹球面の透過面とすることが望ましい。この場合には、物点Oからの光は、第1面11の第1領域11aを透過するときには、屈折されることがなく、直進する。
The
第2面12の第1領域12aは、凹面反射面であり、入射光を集光させる特性を有する。第1面11の第2領域11bは、反射面である。そして、第2面12の第2領域12bは、(光の入射側から見て)凸面の透過面である。この第2面12の第2領域12bは、像点を曲率中心とする凸球面の透過面とすることが望ましい。この場合には、像点Iへ向かう光は、第2面12の第2領域12bを透過するときには、屈折されることがなく、直進する。すなわち、この場合には、この光学素子において、結像に寄与する面は反射面のみとなり、色収差の発生がない。
The
なお、第2面12の第2領域12bは、像点を曲率中心とする凸球面とせずに、平面や、第2面12の第1領域12aに連続した(光の入射側から見て)凹球面としてもよい。この場合にも、この第2面12の第2領域12bに対する入射光の角度は垂直に近いので、実用上問題となるような大きな収差が発生することはない。
The
そして、この光学素子においては、第1面11は、第2面12よりも小径の面となされている。そして、第1面11及び第2面12との間には、これら第1面11の外径から第2面12の外径に拡径する段差部13が形成されている。この段差部13は、物点O以外の点から第1面11を経て第2面12に入射する不要光の一部を遮断するので、この光学素子の光学特性を向上させる。
In this optical element, the
また、この光学素子においては、図3に示すように、第1面11及び第2面12との間を、テーパ状に拡径する拡径部13aとして形成してもよい。この場合にも、この拡径部13aの外面部に遮光物質を塗布したり遮光部材を配置することにより、物点O以外の点から第1面11を経て第2面12に入射する不要光を遮断することができ、この光学素子の光学特性を向上させることができる。
Moreover, in this optical element, as shown in FIG. 3, you may form between the
さらに、この光学素子においては、図4に示すように、第1面11及び第2面12の間の媒質の側面部に切欠き部13bを形成し、この切欠き部13b切欠き部により、不要光が遮断されるようにしてもよい。この場合には、この切欠き部13b内に遮光物質を塗布したり遮光部材を配置するようにしてもよい。また、この場合には、第1面11と第2面12とは、同一の径の面となっていてもよい。
Furthermore, in this optical element, as shown in FIG. 4, a
さらに、この光学素子においては、第2面12の第1領域12a及び第1面11の第2領域11bには、金属材料などの反射材料、例えば、アルミニウムからなる反射膜14,15が被着形成されている。これら反射膜14,15は、第2面12の第1領域12a及び第1面11の第2領域11bにおける反射率を向上させる。
Further, in this optical element, the
この光学素子においては、これら反射膜14,15と光学素子をなす媒質との界面が反射面となるので、これら反射膜14,15の外側表面が熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨などにより損傷し、または、汚れていたとしても、光学特性が劣化することがない。また、この光学素子においては、これら反射膜14,15の外側表面の面形状が粗面であったとしても、第2面12の第1領域12a及び第1面11の第2領域11bにおける光学特性が劣化することはない。
In this optical element, since the interface between the
また、第1面11の第2領域11bに形成された反射膜14は、この反射膜14の外面側に形成された防護層14aによって保護されている。この防護層14aは、反射膜14の表面部及び外周縁部を保護し得るように、この反射膜14よりも広い領域に亘って形成され、外周側を光学素子の第1面11に接合されている。
Further, the
この防護層14aは、耐熱性、耐プラズマ性、耐電磁波性、耐食性、耐蝕性、耐触性の少なくともいずれか一を有するものである。すなわち、この防護層14aは、反射膜14を、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波及び塵挨などによる腐食、腐蝕、接触などの損傷から防護するものである。
The
このような防護層14aをなす材料としては、耐熱性等の特性と、合成石英などの媒質に対する親和性の点から、例えば、クロム(Cr)、フッ化マグネシウム(MgF2)、二酸化珪素(SiO2)、二酸化ジルコニア(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)、アルミナ(Al2O3)などが好ましい。この防護層14aは、これらいずれかの材料からなる単層膜としてもよいし、また、これらのうちの二以上の材料からなる多層膜としてもよい。
Examples of the material forming the
なお、この防護層14aは、第1面11の全面に亘って形成してもよい。この場合において、防護層14aは、第1面11の第1領域11aへの入射光についての反射防止膜の機能を有するものとすることができる。このように、防護層14aに反射防止膜の機能を持たせるには、この防護層14aの厚さを、入射光の波長λに対する一定の関係、例えば、〔nλ/4〕となっているものとする必要がある。
The
また、この光学素子は、図5に示すように、防護層14aを光学素子をなす媒質と同一材料からなるものとするとともに、この防護層14aを十分な厚さを有して第1面11の全面に亘って形成されたものとしてもよい。
Further, as shown in FIG. 5, in this optical element, the
この場合には、この防護層14aは、反射膜14を挟んで、第1面11に対して溶着などによって接合されたものとすることができる。なお、この場合には、防護層14aの物点側の面は、物点Oを曲率中心とした凹球面とすることが望ましい。そして、この場合には、防護層14aと第1面11との接合面は、物点Oを曲率中心とした凹球面とする必要はないので、平面としたり、あるいは、反射膜14の形状(すなわち、第1面11の第2領域11bの面形状)が望ましい形状となる面形状とすることができる。
In this case, the
そして、この光学素子においては、第2面12の第1領域12aは、物点Oを焦点とする回転楕円面とすることが好ましい。第2面12の第1領域12aが回転楕円面であることにより、この回転楕円面の第1焦点から発した光は、無収差で第2焦点に集光することとなるので、良好な結像特性を実現することができる。
In this optical element, the
また、この光学素子においては、第1面11の第2領域11bは、凸面反射面とすることが望ましい。第1面11の第2領域11bが凸面反射面であることにより、像点Iの位置を、第2面12の後方側に十分に離れた位置とすることができ、この像点Iにおける光検出等を容易に行うことができるようになる。
In this optical element, the
このような光学素子は、一体的な光学素子であるため、第1面及び第2面間の媒質の温度変動、密度変動、圧力変動による屈折率変化が少なく、各面間には、乱流、ガス種変動が生じたり、塵挨が侵入する虞がない。すなわち、この光学素子は、熱、ラジカル、プラズマ、電磁波、気流及び塵挨の影響による光学特性の劣化が極めて少ないので、温度変化の激しい環境下や、塵挨の多い環境下や、ラジカル、プラズマに接触し得る環境下においても、良好な光学特性を維持することができる。 Since such an optical element is an integral optical element, there is little change in the refractive index due to temperature variation, density variation, and pressure variation of the medium between the first surface and the second surface, and turbulent flow between the surfaces. There is no risk of gas species fluctuations or dust intrusion. In other words, this optical element has very little deterioration in optical properties due to the effects of heat, radicals, plasma, electromagnetic waves, air currents and dust. It is possible to maintain good optical characteristics even in an environment in which the optical film can come into contact with the liquid crystal.
また、この光学素子は、第2面12の直径を1mm程度としても容易に高精度のものを作成することができ、前述したように、熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに組み込むことができる程度に小型化することができる。さらに、この光学素子は、透過面及び反射面における収差が生じないので、容易に高い開口数(NA)のものを作成することができる。なお、第2面12の直径を1mm程度とした場合において、物点Oから第1面11までの距離(ワーキングディスタンス)が0.8mm程度、第2面12から像点Iまでの距離(バックフォーカス)が0.3mm程度のものを作成することができる。また、第2面12の直径を3.6mmとした場合においては、例えば、物点Oから第1面11までの距離(ワーキングディスタンス)が3.0mm、第2面12から像点Iまでの距離(バックフォーカス)が1.2mmのものを作成することができる。
In addition, this optical element can be easily manufactured with high accuracy even when the diameter of the
また、この光学素子10においては、多点である計測点からの光は、第1面11及び第2面12において反射され、第2面12の第2領域12bを通過して、集光面上の複数の集光点にそれぞれ集光・結像される。
Further, in this
さらに、この光学素子は、図6に示すように、第2面12の第1領域12aを、互いに異なる曲率中心、または、焦点を有する複数の部分に分割された凹面からなる面として構成してもよい。この場合には、第2面12の第1領域12aの各部分がそれぞれ異なる焦点を結ぶので、一つの光学素子によって複数の像点を形成することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the optical element is configured such that the
また、第2面12の第1領域12aの反射膜15は、例えば、誘電体膜等によって形成することにより、反射率について分光特性を有するものとすることもできる。この場合には、特定の波長帯域の光のみを反射させて結像させる光学素子を構成することができる。
Further, the
さらに、第2面12の第1領域12aを、互いに異なる曲率中心、または、焦点を有する複数の部分に分割された凹面からなる面として構成した場合において、これら各部分の分光反射特性を互いに異なるものとすることもできる。
Furthermore, when the
〔光学センサ用光学系の構成〕
そして、本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおける光学センサ用光学系は、図2に示すように、前述の光学素子と、光ファイバ16とからなるものとすることができる。
[Configuration of optical system for optical sensor]
The optical system for the optical sensor in the ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma apparatus according to the present invention is composed of the above-described optical element and
この光学センサ用光学系は、光学素子の像点Iに、光ファイバ16の入射端面16aが配置されて構成されている。光学素子からの出射光は、迷光絞り17を介して、光ファイバ16の入射端面16aに入射される。
This optical sensor optical system is configured such that an
この光学センサ用光学系においては、光ファイバ16の入射端面16aに対して共役な領域、すなわち、物点Oの周囲の光ファイバ16の径に対応する領域からの光を、この光ファイバ16を介して検出することできる。
In this optical sensor optical system, light from a region conjugate with the
また、この光学センサ用光学系においては、図7に示すように、複数の光ファイバ16を、それぞれの入射端面16aを像点Iを含む領域内に2次元状(マトリクス状)に配列させて配置することにより、検出対象となる領域を、物点Oを含む領域内において2次元状に配列された領域とすることができる。すなわち、各光ファイバ16の各入射端面16aには、複数の物点O12、O2、O3・・・Onからの光が対応して入射される。
Further, in this optical sensor optical system, as shown in FIG. 7, a plurality of
さらに、このように配置された複数の光ファイバ16を光学素子に対する接離方向に移動させたり、または、各光ファイバ16の入射端面16aの位置を光学素子までの距離が異なる位置とすることにより、検出対象となる領域を、物点Oを含む領域内において三次元状に配列された領域とすることができる。
Further, by moving the plurality of
また、この光学センサ用光学系は、図8に示すように、光学素子における像点が第2面12の第2領域12a上に形成されるようにし、あるいは、図9に示すように、光学素子における像点が第2面12よりも第1面11の側の位置に形成されるようにし、光ファイバ16の入射端面16aを、光学素子の第2面12の第2領域12a上、または、第2面12よりも第1面11の側の像点の位置に配置して構成してもよい。この場合には、光ファイバ16の入射端面16aに対して共役な領域である物点からの光を、光学素子から光ファイバ16に直接導入することができる。
In addition, as shown in FIG. 8, this optical sensor optical system is such that the image point in the optical element is formed on the
また、複数の光ファイバ16を用いる場合においては、これら複数の光ファイバ16の入射端面は、光学素子による複数の集光点位置に、それぞれ対応して配置される。また、これらの計測点に対応する集光点及び光ファイバは、1次元配列、または、マトリクス状の2次元配列、あるいは、3次元配列とすることができ、これによって、より効率的に、物理・化学反応状態の計測及び観測が行える光計測装置を構成することができる。
When a plurality of
これらの光学センサ用光学系及び光ファイバ等の設定・選択については、計測に必要とされる位置分解能・計測体積や、多点間の間隔等に基づいて好適なものを適宜選択することができる。例えば、光学センサ用光学系の作業距離(Working Distance)としては、エンジンや小型バーナーを対象とした短距離焦点(150mm以下)から、中距離焦点(150〜600mm)、長距離焦点(600mm以上)まで、様々に設定可能である。 As for the setting and selection of these optical systems for optical sensors and optical fibers, a suitable one can be selected as appropriate based on the position resolution and measurement volume required for measurement, the interval between multiple points, and the like. . For example, the working distance of the optical system for the optical sensor may be a short-distance focus (150 mm or less), an intermediate focus (150 to 600 mm), or a long-distance focus (600 mm or more). Various settings can be made.
さらに、光学センサ用光学系は、前述の説明中において、光ファイバ16の入射端面16aが配置されていた位置、すなわち、光学素子における像点の位置に、複数の受光部が位置するように受光素子を配置することによって構成してもよい。この光学センサ用光学系においては、光ファイバを用いる必要がない。
Further, the optical system for the optical sensor receives light so that a plurality of light receiving portions are positioned at the position where the
この光学センサ用光学系において、受光素子は、光学素子の物点側の複数の計測点における光の光学素子による複数の像点からの光を検出することができる。この受光素子の受光部は、複数の計測点に対応させて、1次元配列としたり、マトリクス状に2次元配列とすることができる。 In this optical sensor optical system, the light receiving element can detect light from a plurality of image points by the optical element at a plurality of measurement points on the object point side of the optical element. The light receiving portions of the light receiving element can be arranged in a one-dimensional arrangement corresponding to a plurality of measurement points or in a two-dimensional arrangement in a matrix.
〔熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおける光学センサ用光学系の構成〕
前述のように構成された光学センサ用光学系は、図10に示すように、ケース20内に収納されることにより、本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグの碍子1内に組込まれる。このケース20は、ステンレス等の材料により、内径が前述の光学素子の第2面12の直径に略々等しい円筒状に形成されている。このケース20の先端部には、光学素子の第1面11の直径に略々等しい内径の開口部20aが形成されている。
[Configuration of optical system for optical sensor in ignition or discharge plug used in heat engine or plasma device]
As shown in FIG. 10, the optical system for the optical sensor configured as described above is accommodated in the
このケース20内においては、光学素子10は、先端側に収納されて、第1面11を開口部20aより外方側に臨ませる。そして、この光学素子10の後面側には、O−リング21を介して、光ファイバ16を保持するフェルール22が挿入される。そして、このケース20の後端側は、キャップ23が螺入されることにより、閉塞される。なお、光ファイバ16は、フェルール22及びキャップ23の中心軸に沿って形成された透孔を介して、後方側に引き出される。
In the
このケース20内に収納された光学素子10及び光ファイバ16は、図11に示すように、それぞれがケース20及びフェルール22によって保持されることによって、互いに所定の位置関係となされる。また、フェルール22の先端側の光ファイバ16の入射端面16aが臨む開口部は、その開口径や開口形状を適宜に設定することにより、光ファイバ16の入射端面16aに対する開口絞りとしての機能を有するものとすることができる。
As shown in FIG. 11, the
このようにケース20内に収納された光学センサ用光学系は、このケース20ごと熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグの碍子1内に組込むことができる。熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグの碍子1内に組込まれた光学センサ用光学系は、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応の所定の局所を物点Oとして、この物点Oの周囲の領域からの光を、光ファイバ16を介して、後述する分光器に導くことができ、この分光器によって分光することにより該所定の局所における物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応による光の計測を行うことを可能とする。
The optical system for the optical sensor thus housed in the
そして、この光学センサ用光学系においては、前述の光学素子10に対して、光ファイバ16の入射端面16aの位置を移動させることにより、検出対象となる領域(物点)を光学素子10に対して移動させることができる。この場合には、光の検出対象となる領域から光ファイバ16の入射端面16aに至る光に若干の球面収差やコマ収差が生じ得るが、この収差量が光ファイバ16の径よりも小さい範囲のものであれば、光の検出結果に対する影響は少ない。
In this optical sensor optical system, the region (object point) to be detected is moved relative to the
〔光計測装置の実施の形態〕
本発明に係る光計測装置は、前述のように、多点からの光を検出できるようにした光学センサ用光学系を有する光計測装置である。この光計測装置においては、種々の熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応の一、または、複数の局所における自発光、プラズマ発光、蛍光、燐光、散乱光、放射光等の物理・化学反応による光の計測を、同時に、または、順次的に行うことができる。
[Embodiment of optical measuring device]
The optical measurement apparatus according to the present invention is an optical measurement apparatus having an optical system for an optical sensor that can detect light from multiple points as described above. In this optical measuring device, physical and chemical reactions in plasma devices such as various heat engines, semiconductor manufacturing devices, and medical equipment, for example, self-luminescence or plasma emission in one or more local areas of combustion or plasma reaction. Measurement of light by physical / chemical reactions such as fluorescence, phosphorescence, scattered light, and radiant light can be performed simultaneously or sequentially.
すなわち、この光計測装置は、例えばエンジンなどの熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域の物理・化学反応の発生箇所の移動(火炎帯もしくは反応の空間的移動)や、移動中の物理・化学反応状態の変化(時間的変化)や、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域における物理化学反応特性の計測などを行うことができる。 That is, this optical measuring device is a physical / chemical reaction region in a heat engine such as an engine, or a plasma device such as a semiconductor manufacturing device or a medical device , for example, an occurrence point of a physical / chemical reaction in a combustion chamber or a plasma reaction region. Movement (flame zone or reaction spatial movement), physical / chemical reaction state change during movement (temporal change), physical / chemical reaction area , for example, physicochemical reaction characteristics in combustion chamber or plasma reaction area Can be measured.
この光計測装置は、前述した本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグを備えて構成され、この熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグを、エンジンなどの熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置に既存の点火プラグ、または、放電プラグと置き換えて使用する。前述した本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグは、熱機関、または、プラズマ装置に既存の点火プラグと同一の大きさ及び外形形状を有して構成されているので、熱機関、または、プラズマ装置の改造をすることなく、この熱機関、または、プラズマ装置に取付けることができる。 The optical measuring device, the heat engine according to the present invention described above, or ignition used in the plasma apparatus or is configured to include a discharge plug, the heat engine or ignition used in the plasma apparatus, or, the discharge plug It is used in place of an existing spark plug or discharge plug in a heat engine such as an engine, or in a plasma apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus or a medical device. The ignition or discharge plug used in the above-described heat engine or plasma device according to the present invention has the same size and outer shape as the existing spark plug in the heat engine or plasma device. because there, the heat engine or, without the modification of the plasma device, the heat engine or, may be attached to the plasma device.
この実施の形態においては、図12に示すように、本発明に係る光計測装置をガソリンレシプロエンジン201に取り付けた状態を示しており、本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグの光学センサ用光学系の光学素子10は、第1面11を物理・化学反応領域202、例えば、燃焼室内やプラズマ反応領域に臨ませて設置される。そして、この光学センサ用光学系は、物理・化学反応領域202、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域における物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応により発せられる局所的な計測点における光を集光させて、光ファイバ16に導くこととなる。
In this embodiment, as shown in FIG. 12, the optical measuring device according to the present invention is shown attached to the
なお、このガソリンレシプロエンジン201においては、エアクリーナ203及びフローメータ204を経た吸気が、インテークマニホールド205を経て、物理・化学反応領域202、例えば、燃焼室内に導入される。この吸気には、インテークマニホールド205において、燃料、例えば、ガソリンが混合される。この燃料は、燃料タンク206より、燃料フィルタ207を経て、燃料ポンプ208により、レギュレータ209を介して、インテークマニホールド205に送られる。すなわち、物理・化学反応領域202、例えば、燃焼室内には、空気と燃料との混合気が導入される。この物理・化学反応領域202、例えば、燃焼室内において、混合気が物理・化学反応、例えば、燃焼を生じ、物理・化学反応、例えば、燃焼後の排ガスは、エキゾーストマニホールド210より排出される。
Incidentally, in this
混合気の物理・化学反応、例えば、燃焼によるエネルギーは、ピストン211を移動させる。ピストン211の移動は、クランクシャフト212を介して回転力として取り出される。物理・化学反応領域202、例えば、燃焼室内には、圧力センサ213が設置されている。
The physical and chemical reaction of the air-fuel mixture, for example, energy by combustion , moves the
なお、この実施の形態においては、ガソリンレシプロエンジン201として、排気量223cc(ボア・ストローク:70mm×58mm)、圧縮比9.5の単気筒エンジンを使用した。
In this embodiment, a single-cylinder engine having a displacement of 223 cc (bore / stroke: 70 mm × 58 mm) and a compression ratio of 9.5 is used as the
このようなガソリンレシプロエンジン201に取付けられた本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグにおいては、光学センサ用光学系は、物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応により生じた局所的な計測点における光を、光ファイバ16を介して、分光手段となる分光器30、もしくは、分光ユニット31に入射させる。
In the ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device according to the present invention attached to such a
分光器30は、入射された光を、3種類のラジカル(OH*、CH*及びC2 *)のうちのいずれからの発光かによって分ける装置であり、例えば、図13に示すように、分光素子として回折格子30aを用いて、炭化水素の物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応において特に重要な中間生成物であるOH*、CH*及びC2 *(プラズマ反応では、H、O、N、N2、OHなど)からの光成分を計測するように装置が構成されている。また、C2 *に関しては、2成分(C2 *(1)及びC2 *(2))について計測を行うようにしてもよい。OH発光は物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応及び高温ガスに対応して観測され、CH*/C2 *発光は物理・化学反応領域(反応帯)と高い相関があり、さらに、C2 *発光は反応及びすす生成と強い関係がある。したがって、これらラジカルから発する光を計測することによって、物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応に関する重要な情報を得ることができる。また、同一ラジカル(例えば、C2 *)についての2波長成分以上の同時計測を行うことによって、温度に関する情報等を得ることができる。
The
この分光器30においては、光による2次元の光像を位置検出型光計測素子によって計測、または、撮像することができる。高感度・高速の位置検出型光計測素子としては、高速動作可能なCCD(固体撮像素子)などのイメージセンサ36を用いることができる。
In the
また、位置検出型光計測素子としては、イメージセンサ36を用いたもの、例えば、イメージインテンシファイアなどのイメージ管にCCDを接続したものや、蛍光面に電子打ち込み型CCDが用いられているイメージ管などを用いることもできる。
Further, as the position detection type optical measurement element, an
なお、このような位置検出型光計測素子は、前述したように、光センサ用光学系の一部をなすものとして、光ファイバアレイによる導光を行わずに、光学素子の集光面に直接配置するか、または、光ファイバアレイの出射端面に配置することも可能である。また、光ファイバアレイにより導光された複数点からの光を、光学フィルタ(干渉フィルタ等)を配置した上記のような位置検出型光計測素子により、同時に分光・検出することによって、多点についての光計測装置の小型化が可能になる。 In addition, as described above, such a position detection type optical measuring element is a part of the optical system for the optical sensor, and is not directly guided by the optical fiber array, but directly on the light collecting surface of the optical element. It is also possible to arrange them, or to arrange them on the exit end face of the optical fiber array. In addition, the light from a plurality of points guided by the optical fiber array is simultaneously spectroscopically detected by the position detection type optical measuring element as described above in which an optical filter (interference filter or the like) is arranged. The optical measuring device can be downsized.
また、この分光器30においては、図13に示すように、回折格子30aにより分光されたOH*、CH*、C2 *(1)及びC2 *(2)による光に対応して、前述のイメージセンサ36に代えて、光計測手段、例えば、マルチアノード型光電子増倍管の如き4つの受光素子36a〜36dを配置して、高分解能分光計測を行うようにしてもよい。
Further, in this
この分光器30において、光ファイバ16によって導入された光は、回折格子30aによって波長分解され、各光成分の波長帯の光が対応する受光素子36a〜36dに入射される。受光素子36a〜36dは、図13に示すように、波長分解の方向にアノードの分割の方向が一致されて配置されており、これによって、選択された各波長帯をさらに高分解能に波長分解して計測し、各光成分の強度を計測するたけでなく、その微細構造スペクトルを高速・時系列で計測して、物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応による温度や圧力などについてのさらに詳しい情報を得ることができる。
In the
干渉フィルタなどの光学フィルタを用いた計測の場合には、選択波長帯が数nm〜数十nmの広いバンド幅によって計測される。しかし、温度解析や詳細な化学反応解析においては、1nm以下の波長分解能での光スペクトル計測が必要とされる場合がある。前述したような分光素子(回折格子)及び受光素子(マルチアノード型光電子増倍管)を用いた高分解能分光により、0.1〜0.5nm程度の高波長分解能での光スペクトル時系列計測が可能となり、これによって、従来困難であった局所温度の時系列計測等を実現することができる。 In the case of measurement using an optical filter such as an interference filter, the selected wavelength band is measured with a wide bandwidth of several nm to several tens of nm. However, in temperature analysis and detailed chemical reaction analysis, optical spectrum measurement with a wavelength resolution of 1 nm or less may be required. Optical spectrum time-series measurement with a high wavelength resolution of about 0.1 to 0.5 nm is achieved by high-resolution spectroscopy using a spectroscopic element (diffraction grating) and a light-receiving element (multi-anode type photomultiplier tube) as described above. As a result, it is possible to realize time series measurement of local temperature, which has been difficult in the past.
なお、受光素子36a〜36dとしてマルチアノード型光電子増倍管を用いることによって、複数の受光素子を配置するなどの構成とした場合に比較して、装置を大幅に小型化することができるが、このようなマルチアノード型光電子増倍管の適用は分光素子(回折格子)を用いた場合に限られるものではなく、例えば、光学フィルタ(干渉フィルタ)と組み合わせて用いることも可能である。
In addition, by using a multi-anode type photomultiplier tube as the
これらイメージセンサ36、または、受光素子36a〜36dからの出力は、図12に示すように、信号処理手段となるコンピュータ40に送られ、後述する種々の信号処理がなされる。
Outputs from the
そして、分光ユニット31も、入射された光を、3種類のラジカル(OH*、CH*及びC2 * 、また、プラズマ反応においては、H、O、N、N2、OHなど)のうちのいずれからの発光かによって分ける装置である。すなわち、この分光ユニット31は、光ファイバ16によって導光された光のうち、観測したい物質からの光成分を選択して計測する装置である。この分光ユニット31は、図14に示すように、OH*、CH*及びC2 *からの光成分を計測するように装置が構成されている。また、C2 *に関しては、2成分(C2 *(1)及びC2 *(2))について計測を行うようにしてもよい。
The
分光ユニット31は、それぞれ、OH*、CH*、C2 *(1)及びC2 *(2)による光に対応している第1乃至第4の分光素子31a〜31dを有して構成される。各分光素子31a〜31dにおける選択波長は、 第1の分光素子31aでは、波長306.4nm、半値幅10〜15nm、第2の分光素子31bでは、波長431.5nm、半値幅1〜2nm、第3の分光素子31cでは、波長473.3nm、半値幅1〜2nm、第4の分光素子31dでは、波長516.5nm、半値幅1〜2nmと設定されている。
第1の分光素子31aは、ダイクロイックミラー32a、干渉フィルタの如き光学フィルタ33a及び光電子増倍管の如き光計測手段となる受光素子34aから構成されている。ダイクロイックミラー32aによって入射光から分離された光は、光学フィルタ33aに入射され、OH*からの光に対応する上述の選択波長の光成分が選択・透過され、受光素子34aに入射される。受光素子34aに入射した光成分は、この受光素子34aによって光電変換されて増倍され、信号増幅手段(アンプ)35に出力される。第2乃至第4の分光素子31b〜31dについても、その構成は、第1の分光素子31aと同様であるが、それぞれの選択波長が、前述の対応した光成分の波長に設定されている。
The first
信号増幅手段35からの出力は、図12に示すように、信号処理手段となるコンピュータ41に送られ、後述する種々の信号処理がなされる。
As shown in FIG. 12, the output from the signal amplifying means 35 is sent to a
本実施形態においては、特に、光計測に高速動作が可能な、光電子増倍管の如き受光素子34a〜34dを用いることによって、高速での時系列計測を可能にしている。これに対応して、計測のサンプリングレートも、例えば、100kHz〜数百MHz程度に設定することができる。
In this embodiment, in particular, by using the
なお、このように複数の化学種についての計測を同時に行う場合、従来のレーザを用いた計測法では、化学種毎にレーザ光源が必要であり、装置が大型化・複雑化し、実用上そのような計測は困難であった。これに対して、本発明においては、光計測を利用することによって、容易に複数の化学種についての同時計測を行うことができる。 In addition, when performing measurement for a plurality of chemical species at the same time, the conventional measurement method using a laser requires a laser light source for each chemical species, which increases the size and complexity of the apparatus. Measurement was difficult. In contrast, in the present invention, simultaneous measurement of a plurality of chemical species can be easily performed by using optical measurement.
このようにして、この光計測装置においては、例えば、燃焼やプラズマ反応などの物理・化学反応領域内の計測点からの光が、光学センサ用光学系5を介して、各受光素子等によって計測される。この光は、燃焼やプラズマ反応などの物理・化学反応において、OH*、CH*、C2 *など、プラズマ反応では、H、O、N、N2、OHなどに起因して自然発光している物理・化学反応発光を言い、物理・化学反応の反応強度、あるいは、熱発生との相関を有し、物理・化学反応状態の直接的な指標となるものである。
Thus, in this optical measuring device, for example, light from a measurement point in a physical / chemical reaction region such as combustion or plasma reaction is measured by each light receiving element or the like via the optical sensor
なお、ここで、物理・化学反応発光は紫外線を含んでいるため、光ファイバ16としては、紫外線透過型の石英ファイバを用いることが望ましい。また、光ファイバ16のコア径を小さくすることによって計測の位置分解能を高めることができるが、一方で、コア径を小さくすると導光される光量が減少するので、計測において必要とされる条件によって、最適のものを選択する必要がある。
Here, since the physical / chemical reaction luminescence includes ultraviolet rays, it is desirable to use an ultraviolet transmissive quartz fiber as the
例えば、コア径200μmのものを用いた場合に、計測体積は、1.6mm×φ0.2mm程度となる。この計測体積は、レーザ・ドップラー流速計(LDV)、または、フェイズ・ドップラー流速計(PDA)の計測体積と同じオーダーである。 For example, when the core diameter is 200 μm, the measurement volume is about 1.6 mm × φ0.2 mm. This measurement volume is in the same order as the measurement volume of a laser Doppler velocimeter (LDV) or a phase Doppler velocimeter (PDA).
なお、複数の光ファイバ16を用いる場合においては、各光ファイバ16の出射端面を、それぞれ分光器30、または、分光ユニット31に接続し、各計測点からの光を分光器30、または、分光ユニット31に入射するようにする。このように構成することによって、多点からの光を、それぞれに対して別個に配置された分光器30、または、分光ユニット31を用いて同時に計測することができ、例えば、リアルタイムで2次元の物理・化学反応状態及びその時間変化を観測することが可能となる。
In the case where a plurality of
すなわち、この光計測装置においては、多点についての光の局所・時系列計測が実現され、これによって、プラズマ、蛍光、燃焼やプラズマ反応などの物理・化学反応の微細構造についての情報を得ることが可能となる。 In other words, this optical measurement device realizes local and time-series measurements of light at multiple points, thereby obtaining information on the fine structure of physical and chemical reactions such as plasma, fluorescence, combustion, and plasma reaction. Is possible.
〔光計測装置における計測手順〕
前述のような計測装置を様々な熱機関や半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置のような物理・化学反応装置における物理・化学反応の解析に用いることによって、多くの重要な情報を得ることができる。例えば、自動車のエンジンにおいては、物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応は、その幅が0.1mm以下のオーダーの物理・化学反応帯が形成され、所定の移動速度で移動・伝播される。このとき、計測点において光を計測すると、物理・化学反応帯の通過に対応した光の強度の立ち上がり(ピーク)が観測される。このピークの時間から通過時刻、ピーク幅Δtから通過に要した時間、また、ピーク強度から物理・化学反応の強度についての情報をそれぞれ得ることができる。
[Measurement procedure in optical measuring device]
A lot of important information can be obtained by using the measuring device as described above for analysis of physical and chemical reaction in physical and chemical reaction devices such as plasma devices such as various heat engines, semiconductor manufacturing devices and medical devices. Can do. For example, in an automobile engine, a physical / chemical reaction , for example, a combustion or plasma reaction, forms a physical / chemical reaction zone having an order of 0.1 mm or less in width, and moves / propagates at a predetermined moving speed. . At this time, when light is measured at the measurement point, a rise (peak) of light intensity corresponding to the passage of the physical / chemical reaction zone is observed. It is possible to obtain information about the passage time from the peak time, the time required for passage from the peak width Δt, and the physical / chemical reaction intensity from the peak intensity.
ただし、前述したような光計測を行っても、単一の計測点についての計測によっては、幅及び移動速度を求めることはできず、多点計測を行って、各計測点での光変化の相関をみることによって、はじめてそれらの物理・化学反応状態及びその時間変化についての直接的な情報を得ることが可能となる。さらに、例えば、多点をマトリクス状の2次元構成、または、3次元構成とすることによって、物理・化学反応の移動方向など多くの情報を効率的に得ることができる。 However, even if optical measurement as described above is performed, the width and moving speed cannot be obtained depending on the measurement at a single measurement point. By seeing the correlation, it is possible to obtain direct information about the physical / chemical reaction state and its temporal change for the first time. Further, for example, by setting the multipoint to a matrix-like two-dimensional configuration or a three-dimensional configuration, it is possible to efficiently obtain a lot of information such as a physical / chemical reaction moving direction.
また、高分解能の計測を行うことによって、物理・化学反応帯内部の反応強度分布など、さらに微細な構造を解明することができる。その他にも、各化学種からの光の変化・相関等から、一、または、複数の局所的な空燃比(A/F:Air/Fuel)、乱流構造とそれに関する局所ダムケラー数、これらの時系列変動(サイクル変動など)、ノッキングなどの異常反応の状態、一、または、複数の局所における火炎もしくは反応の核の形成情報、火炎もしくは反応の核の温度情報等、多くの情報を得ることができる。 In addition, by performing high-resolution measurement, it is possible to elucidate a finer structure such as the reaction intensity distribution inside the physical / chemical reaction zone. In addition, one or a plurality of local air / fuel ratios (A / F: Air / Fuel), turbulent structure and the number of local damkellers related to these, etc. Obtain a lot of information such as time-series fluctuations (cycle fluctuations), abnormal reaction states such as knocking, information on the formation of flames or reaction nuclei in one or more local areas, temperature information on flames or reaction nuclei, etc. Can do.
すなわち、この光計測装置においては、図15に示すように、熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグの光センサ用光学系を介して得られる光情報に基づいて、コンピュータ40,41において信号処理を行うことにより、種々の計測を行うことができる。すなわち、光センサ用光学系を介して得られる光情報からは、分光器30により、ラジカル発光スペクトルの時系列計測を行うことができる(図16)。また、光センサ用光学系を介して得られる光情報からは、分光ユニット31により、特徴ラジカル(OH*、CH*及びC2 *)からの発光強度の時系列計測を行うことができる(図17)。
That is, in this optical measuring device, as shown in FIG. 15, the
また、特徴ラジカル(OH*、CH*及びC2 *)からの発光強度の時系列計測からは、火炎帯もしくは反応帯の到達速度及び火炎帯もしくは反応帯の厚さを計測することができる(図18)。さらに、各ラジカルからの発光強度のピークの平均値及び時系列変動(サイクル変動など)が求められ(図19)、各ラジカルからの発光強度のピーク比の平均値及び時系列変動(サイクル変動など)が求められる(図20)。そして、較正曲線(図23)を用いることにより、局所空燃比の平均値及び時系列変動(サイクル変動など)が求められる(図24)。 Further, from the time series measurement of emission intensity from characteristic radicals (OH * , CH * and C 2 * ), the arrival speed of the flame zone or reaction zone and the thickness of the flame zone or reaction zone can be measured ( FIG. 18). Further, the average value and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) of the emission intensity peak from each radical are obtained (FIG. 19), and the average value and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) of the peak ratio of emission intensity from each radical are obtained. ) Is obtained (FIG. 20). Then, by using the calibration curve (FIG. 23), the average value of the local air-fuel ratio and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) are obtained (FIG. 24).
一方、火炎帯もしくは反応帯の厚さの平均値及び時系列変動(サイクル変動など)を計測することができ(図29)、火炎帯もしくは反応帯の到達速度の平均値及び時系列変動(サイクル変動など)を計測することができる(図30)。 On the other hand, the average value of the thickness of the flame zone or reaction zone and the time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) can be measured (FIG. 29), and the average value of the arrival speed of the flame zone or reaction zone and the time series fluctuation (cycle). Variation, etc.) can be measured (FIG. 30).
(1)ラジカル発光スペクトルの時系列計測
ラジカル発光スペクトルの時系列計測結果は、熱機関、または、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置における物理・化学反応領域における発光スペクトルに基づいて、図16に示すように、横軸を波長、縦軸を発光強度、奥行きを時間として示すことができる。また、ラジカル発光スペクトルの時系列計測結果は、熱機関、または、プラズマ装置における物理・化学反応領域における発光スペクトルに基づいて、図17に示すように、横軸を時間とし、圧力センサにより計測された物理・化学反応領域における圧力信号と、各ラジカル(OH*、CH*及びC2 *)からの発光強度とを関連させた状態で示すことができる。ここでは、エンジンの物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応サイクルの5サイクル分の結果を示している。
(1) Time-series measurement of radical emission spectrum The time-series measurement result of the radical emission spectrum is based on the emission spectrum in the physical / chemical reaction region in a heat engine or a plasma apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus or a medical device. As shown in FIG. 4, the horizontal axis represents wavelength, the vertical axis represents emission intensity, and depth represents time. In addition, the time-series measurement results of the radical emission spectrum are measured by a pressure sensor based on the emission spectrum in the physical / chemical reaction region in a heat engine or plasma apparatus, with the horizontal axis as time, as shown in FIG. The pressure signal in the physical / chemical reaction region and the emission intensity from each radical (OH * , CH * and C 2 * ) can be shown in a related state. Here, the results of 5 cycles of engine physical / chemical reaction , for example, combustion and plasma reaction cycle are shown.
(2)火炎帯もしくは反応帯の到達速度及び火炎帯もしくは反応帯の厚さの計測
火炎帯もしくは反応帯の到達速度及び火炎帯もしくは反応帯の厚さの計測は、図18に示すように、点火(放電)部と計測点との間の距離をdとして、点火時(イグニッションタイミング)から火炎発光スペクトルの立ち上がりまでの時間t1及び火炎発光スペクトルの初期のピーク幅t2に基づいて求めることができる。すなわち、火炎帯の到達速度は、d/t1によって求めることができる。また、火炎帯の厚さは、d・t2/t1によって求めることができる。
(2) Measurement of arrival speed of flame zone or reaction zone and thickness of flame zone or reaction zone Measurement of arrival rate of flame zone or reaction zone and thickness of flame zone or reaction zone is as shown in FIG. The distance between the ignition (discharge) part and the measurement point is set as d, and is obtained based on the time t 1 from ignition (ignition timing) to the rise of the flame emission spectrum and the initial peak width t 2 of the flame emission spectrum. Can do. That is, the arrival speed of the flame zone can be obtained by d / t 1 . Further, the thickness of the flame zone can be obtained by d · t 2 / t 1 .
(3)各ラジカルからの発光強度のピークの平均値及び時系列変動(サイクル変動など)
各ラジカルからの発光強度のピークの平均値及び時系列変動(サイクル変動など)は、図19に示すように、OH*、CH*及びC2 *からの光のピーク強度の時間的変化をトレースすることによって計測することができる。図19には、発光強度ピークのサイクル変動が示されている。図19において、横軸はサイクル、縦軸はピーク強度を示しており、ドットは、連続したサイクルのピーク強度、実線はその平均値を示す。右側の棒グラフは、ピーク強度のヒストグラムを示し、図中の数値は、ピーク強度の平均値と標準偏差を示している。
(3) Average peak of emission intensity from each radical and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.)
The average value and time-series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) of the peak of the emission intensity from each radical trace the temporal change of the peak intensity of light from OH * , CH * and C 2 * as shown in FIG. Can be measured. FIG. 19 shows the cycle fluctuation of the emission intensity peak. In FIG. 19, the horizontal axis indicates the cycle, the vertical axis indicates the peak intensity, the dot indicates the peak intensity of the continuous cycle, and the solid line indicates the average value. The bar graph on the right side shows a peak intensity histogram, and the numerical values in the figure show the average value and standard deviation of the peak intensity.
(4)各ラジカルからの発光強度のピーク比の平均値及び時系列変動(サイクル変動など)
各ラジカルからの発光強度のピーク比の平均値及び時系列変動(サイクル変動など)は、図20に示すように、OH*、CH*及びC2 *からの光のピーク強度の比(C2 */CH*、C2 */OH*、OH*/CH*)の時間的変化をトレースすることによって計測することができる。図20には、発光強度ピークの比のサイクル変動が示されている。図20において、横軸はサイクル、縦軸はピーク強度の比を示しており、ドットは、連続したサイクルのピーク強度の比、実線はその平均値を示す。右側の棒グラフは、ピーク強度の比のヒストグラムを示し、図中の数値は、ピーク強度の比の平均値と標準偏差を示している。
(4) Average value of peak ratio of emission intensity from each radical and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.)
As shown in FIG. 20, the average value of the peak ratio of the emission intensity from each radical and the time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) are the ratios of the peak intensity of light from OH * , CH * and C 2 * (C 2 * / CH * , C 2 * / OH * , OH * / CH * ) can be measured by tracing the temporal change. FIG. 20 shows the cycle variation of the ratio of the emission intensity peak. In FIG. 20, the horizontal axis indicates the cycle, the vertical axis indicates the ratio of the peak intensity, the dot indicates the ratio of the peak intensity of successive cycles, and the solid line indicates the average value. The bar graph on the right side shows a histogram of the peak intensity ratio, and the numerical values in the figure show the average value and standard deviation of the peak intensity ratio.
図21は、各ラジカルからの光のピーク強度とエンジン回転数との関係を示している。図21の(a)において、横軸はエンジン回転数、縦軸はピーク強度を示し、(b)において、横軸はエンジン回転数、縦軸はピーク強度比を示している。局所空燃比は14.7である。図21の(a)において、エンジン回転数が上昇すると火炎発光が強くなり、OH*、CH*及びC2 *からの光のピーク強度は増加している。図21の(b)において、各ラジカルからの光の強度比は、エンジン回転数が変化してもコンスタントに近くなっている。このことから、信号の強度ではなく、相対比を使うと、回転数に関係なく一つのパラメータになりうることがわかる。 FIG. 21 shows the relationship between the peak intensity of light from each radical and the engine speed. In FIG. 21A, the horizontal axis indicates the engine speed, the vertical axis indicates the peak intensity, and in FIG. 21B, the horizontal axis indicates the engine speed, and the vertical axis indicates the peak intensity ratio. The local air / fuel ratio is 14.7. In (a) of FIG. 21, when the engine speed increases, the flame emission becomes stronger, and the peak intensity of light from OH * , CH * and C 2 * increases. In FIG. 21 (b), the intensity ratio of light from each radical is close to constant even when the engine speed changes. From this, it can be seen that if the relative ratio is used instead of the signal intensity, it can be one parameter regardless of the rotational speed.
図22は、局所空燃比が16.0の場合の各ラジカルからの光のピーク強度とエンジン回転数との関係を示している。
図22の(a)において、横軸はエンジン回転数、縦軸はピーク強度を示し、(b)において、横軸はエンジン回転数、縦軸はピーク強度比を示している。図22の(a)において、エンジン回転数が上昇すると火炎発光が強くなり、OH*、CH*及びC2 *からの光のピーク強度は増加している。図22の(b)において、各ラジカルからの光の強度比は、エンジン回転数が変化してもコンスタントに近くなっている。このことから、信号の強度ではなく、相対比を使うと、回転数に関係なく、また、局所空燃比(燃料濃度)が異なる条件でも、一つのパラメータになりうることがわかる。
FIG. 22 shows the relationship between the peak intensity of light from each radical and the engine speed when the local air-fuel ratio is 16.0.
22A, the horizontal axis indicates the engine speed, the vertical axis indicates the peak intensity, and in FIG. 22B, the horizontal axis indicates the engine speed, and the vertical axis indicates the peak intensity ratio. In FIG. 22A, when the engine speed increases, the flame emission becomes stronger, and the peak intensity of light from OH * , CH * and C 2 * increases. In FIG. 22 (b), the intensity ratio of light from each radical is close to constant even when the engine speed changes. From this, it can be seen that if the relative ratio is used instead of the signal intensity, it can be one parameter regardless of the rotational speed and even under different conditions of the local air-fuel ratio (fuel concentration).
(5)較正曲線
図23は、各ラジカルからの発光強度のピーク比と設定条件としての空燃比(A/F:Air/Fuel)との関係を、横軸を設定した空燃比(A/F)、縦軸を各ラジカルからの発光強度のピーク比として示す。エンジン回転数が一定(例えば、7000rpm)の場合には、ラジカルからの光のビーク強度と設定した空燃比(A/F)との関係が各ラジカル(OH*、CH*及びC2 *)によって異なるため、これらの比をとると、図23に示すように、3本の曲線が得られる。この図23においては、縦軸の各ラジカルからの発光強度のピーク比から、空燃比(A/F)の値が算出できることがわかる。すなわち、この図23に示す曲線が、局所空燃比(A/F)を算出するための較正曲線となる。
(5) Calibration curve FIG. 23 shows the relationship between the peak ratio of the emission intensity from each radical and the air / fuel ratio (A / F: Air / Fuel) as a setting condition, and the air / fuel ratio (A / F) with the horizontal axis set. ), And the vertical axis represents the peak ratio of the emission intensity from each radical. When the engine speed is constant (for example, 7000 rpm), the relationship between the beak intensity of light from radicals and the set air-fuel ratio (A / F) depends on each radical (OH * , CH * and C 2 * ). Since these are different, when these ratios are taken, three curves are obtained as shown in FIG. In FIG. 23, it can be seen that the value of the air-fuel ratio (A / F) can be calculated from the peak ratio of the emission intensity from each radical on the vertical axis. That is, the curve shown in FIG. 23 is a calibration curve for calculating the local air-fuel ratio (A / F).
(6)局所空燃比の平均値及び時系列変動(サイクル変動など)
局所空燃比の平均値及び時系列変動(サイクル変動など)は、図24に示すように、横軸をサイクル、縦軸を局所空燃比(A/F)として、図23に示した3本の較正曲線を用いて、各ラジカルからの発光強度に基づいて局所空燃比(A/F)の変動を算出した結果として得られる。
(6) Average value of local air-fuel ratio and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.)
As shown in FIG. 24, the average value of local air-fuel ratio and time-series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) are shown in FIG. 23, with the horizontal axis representing the cycle and the vertical axis representing the local air-fuel ratio (A / F). It is obtained as a result of calculating the variation of the local air-fuel ratio (A / F) based on the emission intensity from each radical using the calibration curve.
図23において、横軸はサイクル、縦軸は算出された局所空燃比(A/F)を示しており、ドットは、連続した局所空燃比(A/F)、実線はその平均値を示す。右側の棒グラフは、局所空燃比(A/F)のヒストグラムを示し、図中の数値は、局所空燃比(A/F)平均値と標準偏差を示している。すなわち、この図24は、本発明に係る熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに内蔵された光センサ用光学系により求められた局所空燃比(A/F)のサイクル変動を示している。空燃比(A/F)の設定値は14.7であり、較正曲線を用いて得られた局所空燃比(A/F)の平均値は14.8乃至14.9であった。 In FIG. 23, the horizontal axis indicates the cycle, the vertical axis indicates the calculated local air-fuel ratio (A / F), the dots indicate the continuous local air-fuel ratio (A / F), and the solid line indicates the average value. The bar graph on the right shows a histogram of the local air-fuel ratio (A / F), and the numerical values in the figure show the average value of the local air-fuel ratio (A / F) and the standard deviation. That is, FIG. 24 shows the cycle variation of the local air-fuel ratio (A / F) obtained by the optical engine for the photosensor built in the ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma apparatus according to the present invention. Is shown. The set value of the air-fuel ratio (A / F) was 14.7, and the average value of the local air-fuel ratio (A / F) obtained using the calibration curve was 14.8 to 14.9.
なお、図25は、初期燃焼期間(ΔCA10%)と平均有効圧力(IMEP)の相関を示している。 FIG. 25 shows the correlation between the initial combustion period (ΔCA 10%) and the average effective pressure (IMEP).
この図25において、横軸は平均有効圧力(IMEP)を示し、縦軸は各ラジカル(OH*、CH*及びC2 *)からの発光から求めた初期燃焼期間(ΔCA10%)を示す。初期燃焼期間(ΔCA10%)は、点火から火炎発光強度がピークの10%の強度に到達するまでの時間を示している。熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに内蔵された光センサ用光学系により計測した初期火炎情報と、圧力センサで計測したIMEPとの関係を示している。 In FIG. 25, the horizontal axis represents the mean effective pressure (IMEP), and the vertical axis represents the initial combustion period (ΔCA 10%) obtained from the light emission from each radical (OH * , CH * and C 2 * ). The initial combustion period (ΔCA 10%) indicates the time from the ignition until the flame emission intensity reaches the peak intensity of 10%. The relationship between the initial flame information measured by the optical engine for the optical sensor built in the ignition used for a heat engine or a plasma apparatus or a discharge plug, and IMEP measured by the pressure sensor is shown.
図26は、エンジン回転数による初期燃焼期間の変化を示している。 FIG. 26 shows changes in the initial combustion period depending on the engine speed.
この図26において、横軸はエンジン回転数、縦軸はCH*からの発光信号から求めた初期燃焼期間を示す。エンジン回転数と、熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに内蔵された光センサ用光学系により計測した初期火炎情報との関係を示している。 In FIG. 26, the horizontal axis represents the engine speed, and the vertical axis represents the initial combustion period obtained from the light emission signal from CH * . It shows the relationship between the engine speed and the ignition information used in the heat engine or plasma device , or the initial flame information measured by the optical system for photosensors built in the discharge plug.
図27は、初期燃焼期間と設定した空燃比(A/F)との関係を示している。 FIG. 27 shows the relationship between the initial combustion period and the set air-fuel ratio (A / F).
この図27において、横軸は設定した空燃比(A/F)を示し、縦軸は各ラジカル(OH*、CH*及びC2 *)からの発光信号から求めた初期燃焼期間を示す。設定した空燃比(A/F)と、熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに内蔵された光センサ用光学系により計測した初期火炎情報との関係を示している。 In FIG. 27, the horizontal axis indicates the set air-fuel ratio (A / F), and the vertical axis indicates the initial combustion period obtained from the light emission signal from each radical (OH * , CH *, and C 2 * ). It shows the relationship between the set air-fuel ratio (A / F) and the initial flame information measured by the optical system for photosensors built in the ignition or discharge plug of the heat engine or plasma device.
図28は、局所空燃比(A/F)及び平均有効圧力(IMEP)のサイクル変動を示している。 FIG. 28 shows the cycle variation of local air-fuel ratio (A / F) and mean effective pressure (IMEP).
この図28において、横軸はサイクル、縦軸は熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに内蔵された光センサ用光学系により計測された局所空燃比(A/F)及び平均有効圧力(IMEP)を示している。熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグに内蔵された光センサ用光学系により計測された局所空燃比(A/F)及び平均有効圧力(IMEP)のサイクル変動を示している。 In FIG. 28, the horizontal axis is the cycle, the vertical axis is the ignition used for the heat engine or plasma device , or the local air-fuel ratio (A / F) measured by the optical system for the optical sensor built in the discharge plug and Average effective pressure (IMEP) is shown. Cycle variations of local air-fuel ratio (A / F) and mean effective pressure (IMEP) measured by an optical system for an optical sensor built in an ignition or discharge plug used in a heat engine or plasma device are shown. .
(7)火炎帯もしくは反応帯の厚さの平均値及び時系列変動(サイクル変動など)の計測
火炎帯もしくは反応帯の厚さの平均値及び時系列変動(サイクル変動など)の計測は、図29に示すように、OH*、CH*及びC2 *からの光に基づいて算出される火炎帯もしくは反応帯の厚さの時間的変化をトレースすることによって計測することができる。図29には、火炎帯の厚さのサイクル変動が示されている。図29において、横軸はサイクル、縦軸は各ラジカルについての火炎帯の厚さを示しており、ドットは、連続したサイクルの火炎帯の厚さ、実線はその平均値を示す。右側の棒グラフは、火炎帯の厚さのヒストグラムを示す。
(7) Measurement of average value of flame zone or reaction zone and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) Measurement of average value of flame zone or reaction zone and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) As shown in FIG. 29, it can be measured by tracing the temporal change in the thickness of the flame zone or reaction zone calculated based on the light from OH * , CH * and C 2 * . FIG. 29 shows the cycle variation of the thickness of the flame zone. In FIG. 29, the horizontal axis indicates the cycle, the vertical axis indicates the thickness of the flame zone for each radical, the dots indicate the thickness of the flame zone of successive cycles, and the solid line indicates the average value thereof. The bar graph on the right shows a histogram of the thickness of the flame zone.
(8)火炎帯もしくは反応帯の到達速度の平均値及び時系列変動(サイクル変動など)の計測
火炎帯もしくは反応帯の到達速度の平均値及び時系列変動(サイクル変動など)の計測は、図30に示すように、OH*、CH*及びC2 *からの光に基づいて算出される火炎帯もしくは反応帯の到達速度の時間的変化をトレースすることによって計測することができる。図30には、火炎帯の到達速度のサイクル変動が示されている。図30において、横軸はサイクル、縦軸は各ラジカルについての火炎帯の到達速度を示しており、ドットは、連続したサイクルの火炎帯の到達速度、実線はその平均値を示す。右側の棒グラフは、火炎帯の到達速度のヒストグラムを示す。
(8) Measurement of average value and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) of arrival speed in flame zone or reaction zone Measurement of average value and time series fluctuation (cycle fluctuation, etc.) of flame zone or reaction zone As shown at 30, it can be measured by tracing the temporal change in the arrival speed of the flame zone or reaction zone calculated based on the light from OH * , CH * and C 2 * . FIG. 30 shows cycle fluctuations in the arrival speed of the flame zone. In FIG. 30, the horizontal axis indicates the cycle, the vertical axis indicates the arrival speed of the flame zone for each radical, the dots indicate the arrival speed of the flame zone of successive cycles, and the solid line indicates the average value. The bar graph on the right shows a histogram of the arrival speed of the flame zone.
(9)ノッキングなどの異常反応検出及び火炎もしくは反応の核の温度情報の計測
さらに、この光計測装置においては、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、熱機関、または、プラズマ装置におけるノッキングなどの異常反応を検出することもできる。
(9) Abnormal reaction detection such as knocking and measurement of temperature information of flame or reaction nucleus Further, in this optical measurement device, one or a plurality of physical / chemical reaction regions , for example, a combustion chamber or a plasma reaction region Abnormal reactions such as knocking in a heat engine or a plasma device can also be detected based on the local light intensity of the radical and its spatial and temporal distribution.
ノッキングなどの異常反応の検出は、OH*(OHラジカル)からの発光を検出した信号に基づいて行う。すなわち、ノッキングなどの異常反応が生じたときには、瞬間的な燃焼やプラズマ反応により、OH*からの発光強度が増加するので、OH*からの発光強度の急激な上昇、または、その他のラジカル(CH*,C2 *)との強度比、あるいは、ラジカル発生、または、ピークの位置を比較することにより、ノッキングなどの異常反応を検出することができる。また、複数の局所における計測を行うことにより、各局所でのノッキングなどの異常反応検出のタイムラグにより、ノッキングなどの異常反応の位置の同定を行うことができる。 An abnormal reaction such as knocking is detected based on a signal in which light emission from OH * (OH radical) is detected. That is, when an abnormal reaction such as knocking occurs, the emission intensity from OH * increases due to instantaneous combustion or plasma reaction, so that the emission intensity from OH * increases rapidly or other radicals (CH An abnormal reaction such as knocking can be detected by comparing the intensity ratio with * , C 2 * ), radical generation , or peak position. Further, by performing measurement in a plurality of local areas, it is possible to identify the position of an abnormal reaction such as knocking by the time lag of detecting an abnormal reaction such as knocking in each local area.
また、この光計測装置においては、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域、例えば、燃焼室やプラズマ反応領域の一、または、複数の局所における火炎もしくは反応の核、あるいは、火炎、ガス、または、プラズマの温度情報を計測することもできる。 Further, in this optical measurement device, physical / chemical reaction regions , for example, based on the light intensity of radicals in one or a plurality of local combustion chambers or plasma reaction regions and their spatial / temporal distribution, Temperature information of a chemical reaction region , for example, a flame or reaction nucleus in one or a plurality of local combustion chambers or plasma reaction regions , or flame, gas, or plasma temperature can also be measured.
火炎もしくは反応の核の温度情報は、詳細な分光スペクトルから、ボルツマンプロット、特徴スペクトルの強度比、スペクトル線幅のブロードニングなどから算出をすることができる。 The temperature information of the flame or the nucleus of the reaction can be calculated from a detailed spectrum, from a Boltzmann plot, a characteristic spectrum intensity ratio, a broadening of the spectrum line width, and the like.
さらに、本発明に係る光計測装置においては、プラズマ装置に適用した場合には、物理・化学反応領域のプラズマ場の一、または、複数の局所における異なる波長の発光強度を同一点にて計測することもできる。 Furthermore, in the optical measurement device according to the present invention, when applied to a plasma device, the emission intensity of different wavelengths in one or a plurality of local areas in the physical / chemical reaction region is measured at the same point. You can also
また、本発明に係る光計測装置においては、プラズマ装置に適用した場合には、物理・化学反応領域のプラズマ場における異なる波長の光強度比、スペクトルの線幅、または、シフト量から、プラズマ特性量を同定することができる。 Further, in the optical measurement device according to the present invention, when applied to a plasma device, the plasma characteristics are determined from the light intensity ratios of different wavelengths, the line width of the spectrum, or the shift amount in the plasma field in the physical / chemical reaction region. The amount can be identified.
そして、本発明に係る光計測装置においては、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるラジカルの光強度及びその空間的・時間的分布に基づいて、物理・化学反応領域の一、または、複数の局所におけるガスの組成・濃度を計測することもできる。 And in the optical measurement device according to the present invention, one of the physical and chemical reaction regions , or one of the physical and chemical reaction regions based on the light intensity of the radicals in a plurality of local areas and their spatial and temporal distribution , Alternatively, the composition / concentration of gas in a plurality of local areas can be measured.
なお、前述したような種々の計測、検出の適用対象は、自動車のエンジンに限らず、オイルバーナーを用いた噴霧燃焼方式の火炉やボイラー、航空機や火力発電に使用されるガスタービン、ラム、スクラムジェットエンジン燃焼器、給湯器、燃料電池、水素エンジンなど、様々な熱機関や、半導体製造装置、医療機器などのプラズマ装置のような物理・化学反応装置や除菌、滅菌装置に対して適用することができる。 In addition, the application object of various measurement and detection as described above is not limited to an automobile engine, but is a spray combustion type furnace or boiler using an oil burner, an aircraft, a gas turbine used for thermal power generation, a ram, or a scram. Applicable to various heat engines such as jet engine combustors, water heaters, fuel cells, hydrogen engines, physical / chemical reaction devices such as semiconductor manufacturing devices, plasma devices such as medical devices, and sterilization and sterilization devices be able to.
また、光計測以外の従来の物理・化学反応状態の計測法を併用することによって、さらに多くの情報を得ることが可能になる。特に、本発明に係る光計測装置における光学センサ用光学系は、通常のレンズ系と比較して非常に高い集光率を有しているので、物理・化学反応についてのレーザ計測の集光系として適用することも可能である。 Further, it becomes possible to obtain more information by using a conventional physical / chemical reaction state measurement method other than optical measurement. In particular, since the optical system for the optical sensor in the optical measurement device according to the present invention has a very high light collection rate compared with a normal lens system, the light collection system for laser measurement of physical and chemical reactions. it is also possible to apply as a.
例えば、本発明に係る光計測の計測体積は、レーザ・ドップラー流速計(LDV)やフェイズ・ドップラー流速計(PDA)と同程度、または、それ以下であり、それらの計測と光計測の同時計測を行うことにより、局所的なガス流速速度と物理・化学反応の移動速度から、局所における物理・化学反応、例えば、燃焼やプラズマ反応速度を見積もることができる。また、レーザ・ドップラー流速計(LDV)やフェイズ・ドップラー流速計(PDA)の計測体積は、一般に光軸方向に数百nm〜数十mm程度の長さを持つので、光計測装置を高分解タイプの設定として同時計測を行うことによって、レーザ・ドップラー流速計(LDV)やフェイズ・ドップラー流速計(PDA)の計測体積内の流速計測値の分布などを計測することが可能になる。また、LIF法による計測を併用することによって、化学反応メカニズムについての知見を得ることが可能となる。 For example, the measurement volume of the optical measurement according to the present invention is comparable to or less than that of a laser Doppler velocimeter (LDV) or a phase Doppler velocimeter (PDA). By performing the above, it is possible to estimate the local physical / chemical reaction , for example, the combustion or plasma reaction rate , from the local gas flow velocity and the movement speed of the physical / chemical reaction. In addition, the measurement volume of laser Doppler velocimeter (LDV) and phase Doppler velocimeter (PDA) generally has a length of about several hundreds of nanometers to several tens of millimeters in the direction of the optical axis. By performing simultaneous measurement as the type setting, it is possible to measure the distribution of flow velocity measurement values in the measurement volume of a laser Doppler velocimeter (LDV) or a phase Doppler velocimeter (PDA). Moreover, it becomes possible to obtain the knowledge about a chemical reaction mechanism by using together the measurement by LIF method.
1 碍子部
2 点火(放電)部
3 電路
4 透孔
5 光学センサ用光学系
10 光学素子
11 第1面
11a 第1領域
11b 第2領域
12 第2面
12a 第1領域
12b 第2領域
13 段差部
13a 拡径部
13b 切欠き部
14,15 反射膜
14a 防護層
16 光ファイバ
30 分光器
31 分光ユニット
40,41 コンピュータ
DESCRIPTION OF
Claims (44)
前記碍子部の先端部に設けられた点火・放電部と、
前記碍子部内を通り、前記点火・放電部に接続された電路と、
前記碍子部に穿設された透孔内に配設され、先端部を該碍子部の先端面に臨ませている少なくとも一の光学センサ用光学系とを備え、
前記光学センサ用光学系は、先端面を前記碍子部の先端面に臨ませている光学素子を有して構成されており、
前記光学素子は、第1面及び第2面を有して一体的に形成され、前記第1面及び前記第2面がそれぞれ第1領域と第2領域とを有し、前記第1面の第1領域が凹面の透過面であり、第2面の第1領域が凹面反射面であり、前記第2面の第2領域が透過面であり、前記第1面の第2領域が反射面であってこの第1面の物点側表面に反射物質膜が被着されて形成され、この反射物質膜の前記物点側が防護層によって覆われており、前記物点からの光が前記第1面の第1領域に入射され、この光を前記第2面の第1領域において反射し、この反射光を前記第1面の第2領域において反射し、この反射光を前記第2面の第2領域を通して出射させて、像点に集光させる
ことを特徴とする熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 Isogo and
An ignition / discharge part provided at the tip of the insulator part;
An electric circuit passing through the insulator and connected to the ignition / discharge unit;
An optical system for at least one optical sensor disposed in a through-hole drilled in the lever portion and having a tip portion facing the tip surface of the lever portion;
The optical sensor optical system is configured to include an optical element having a tip surface facing the tip surface of the lever portion,
The optical element is integrally formed with a first surface and a second surface, and the first surface and the second surface have a first region and a second region, respectively, The first region is a concave transmission surface, the first region of the second surface is a concave reflection surface, the second region of the second surface is a transmission surface, and the second region of the first surface is a reflection surface. A reflective material film is deposited on the object side surface of the first surface, the object point side of the reflective material film is covered with a protective layer, and light from the object point is reflected by the first surface. The light is incident on the first region of one surface, the light is reflected on the first region of the second surface, the reflected light is reflected on the second region of the first surface, and the reflected light is reflected on the second surface. Light emitted through the second region and condensed on an image point is used for an ignition or discharge plug used in a heat engine or plasma device G.
前記第1面及び前記第2面の間には、該第1面の外径から該第2面の外径への拡径部が形成されており、
前記拡径部により、不要光が遮断されることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 The first surface of the optical element is a surface having a smaller diameter than the second surface,
Between the first surface and the second surface, an enlarged portion from the outer diameter of the first surface to the outer diameter of the second surface is formed,
The ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device according to any one of claims 1 to 6, wherein unnecessary light is blocked by the enlarged diameter portion.
前記切欠き部により、不要光が遮断されることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一に記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 The medium between the first surface and the second surface of the optical element has a notch formed in the side surface,
The ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device according to any one of claims 1 to 6, wherein unnecessary light is blocked by the notch.
前記第2面の各第1領域は、互いに異なる曲率中心、または、焦点を有する複数の部分に分割された凹面からなる反射面であり、
前記物点からの光は、前記第1面の各第1領域に入射され、前記第2面の各第1領域において対応して反射され、前記第1面の各第2領域において反射され、像点に集光されることを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか一に記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 The first surface and the second surface of the optical element each have a plurality of first regions and second regions,
Each first region of the second surface is a reflective surface composed of a concave surface divided into a plurality of parts having different centers of curvature or focal points.
The light from the object point is incident on each first region of the first surface, is correspondingly reflected in each first region of the second surface, and is reflected on each second region of the first surface, The ignition or discharge plug for use in a heat engine or a plasma device according to any one of claims 1 to 14, wherein the light is condensed at an image point.
前記光ファイバの入射端面は、前記光学素子の単数、または、複数の像点の位置に配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか一に記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 Comprising at least one optical fiber,
The heat engine according to any one of claims 1 to 15, wherein an incident end face of the optical fiber is disposed at a position of one or a plurality of image points of the optical element, or Ignition or discharge plugs used in plasma devices.
前記各光ファイバの各入射端面は、前記光学素子の複数の像点の位置に配置されており、光軸に対して所定角度をなす一平面上、または、光軸方向について互いに異なる位置に1次元乃至2次元配列されていることを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか一に記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 An optical fiber array comprising a plurality of optical fibers is provided,
Each incident end face of each optical fiber is arranged at the position of a plurality of image points of the optical element, and is 1 on one plane that forms a predetermined angle with respect to the optical axis or at a position different from each other in the optical axis direction. The ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device according to any one of claims 1 to 15, wherein the ignition or discharge plug is arranged in a two- dimensional array.
前記光ファイバの入射端面は、前記光学素子の前記第2面の第2領域上、または、前記第2面よりも前記第1面の側の単数、または、複数の像点の位置に配置されていることを特徴とする請求項14記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 Comprising at least one optical fiber,
The incident end face of the optical fiber is disposed on the second region of the second face of the optical element or at the position of a single image point or a plurality of image points on the first face side of the second face. The ignition or discharge plug for use in a heat engine or a plasma device according to claim 14.
前記各光ファイバの各入射端面は、前記光学素子の前記第2面の第2領域上、または、前記第2面よりも前記第1面の側の複数の像点の位置に配置されており、光軸に対して所定角度をなす一平面上、または、光軸方向について互いに異なる位置に1次元乃至2次元配列されていることを特徴とする請求項14記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 An optical fiber array comprising a plurality of optical fibers is provided,
Each incident end face of each optical fiber is arranged on a second region of the second surface of the optical element or at a plurality of image point positions closer to the first surface than the second surface. 15. The heat engine or the plasma apparatus according to claim 14, wherein the heat engine or the plasma apparatus is arranged one-dimensionally or two- dimensionally on one plane that forms a predetermined angle with respect to the optical axis, or at different positions in the optical axis direction. Ignition or discharge plug used for
前記受光素子により、前記光学素子の物点側の複数の計測点における光の前記光学素子による複数の像点からの光を検出することを特徴とする請求項1乃至請求項15のいずれか一に記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 A light receiving element in which a plurality of light receiving portions are arranged at an image point of the optical element;
The light from a plurality of image points by the optical element of light at a plurality of measurement points on the object point side of the optical element is detected by the light receiving element. Ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device described in 1.
前記複数の受光部は、前記複数の計測点に対応する複数の像点の位置に1次元配列されていることを特徴とする請求項20記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 The plurality of measurement points are one-dimensionally arranged,
21. The ignition used for a heat engine or a plasma device according to claim 20, wherein the plurality of light receiving units are one-dimensionally arranged at positions of a plurality of image points corresponding to the plurality of measurement points, or , Discharge plug.
前記複数の受光部は、前記複数の計測点に対応する複数の像点の位置にマトリクス状に2次元配列されていることを特徴とする請求項20記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグ。 The plurality of measurement points are two-dimensionally arranged in a matrix,
The heat engine or the plasma apparatus according to claim 20, wherein the plurality of light receiving units are two-dimensionally arranged in a matrix at positions of a plurality of image points corresponding to the plurality of measurement points. Ignition or discharge plug.
請求項1乃至請求項15のいずれか一に記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと、
前記光学素子の像点における光を分光する分光手段と、
前記分光手段により分光された光を受光する受光素子を有する光計測手段と、
前記計測手段により得られた信号を処理する信号処理手段とを備え、
前記物理・化学反応領域の一、または、複数の局所から発せられる任意の波長の光を検出することを特徴とする光計測装置。 An optical measuring device for measuring light from a physical / chemical reaction amount and its state in one or a plurality of physical / chemical reaction regions in a heat engine or plasma device,
Ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device according to any one of claims 1 to 15,
A spectroscopic means for dispersing light at an image point of the optical element;
A light measuring means having a light receiving element for receiving the light split by the spectroscopic means;
Signal processing means for processing the signal obtained by the measurement means,
An optical measurement apparatus that detects light having an arbitrary wavelength emitted from one or a plurality of local areas of the physical / chemical reaction region.
請求項16乃至請求項19のいずれか一に記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと、
前記光学素子の像点における光が前記光ファイバを介して入射され、この光を分光する分光手段と、
前記分光手段により分光された光を受光する受光素子を有する光計測手段と、
前記計測手段により得られた信号を処理する信号処理手段とを備え、
前記物理・化学反応領域の一、または、複数の局所から発せられる任意の波長の光を検出することを特徴とする光計測装置。 An optical measuring device for measuring light from a physical / chemical reaction amount and its state in one or a plurality of physical / chemical reaction regions in a heat engine or plasma device,
Ignition or discharge plug used in the heat engine or plasma device according to any one of claims 16 to 19,
The light at the image point of the optical element is incident through the optical fiber, and the spectral means for splitting the light,
A light measuring means having a light receiving element for receiving the light split by the spectroscopic means;
Signal processing means for processing the signal obtained by the measurement means,
An optical measurement apparatus that detects light having an arbitrary wavelength emitted from one or a plurality of local areas of the physical / chemical reaction region.
請求項20乃至請求項22のいずれか一に記載の熱機関、または、プラズマ装置に用いる点火、または、放電プラグと、
前記受光素子により得られた信号を処理する信号処理手段とを備え、
前記物理・化学反応領域の一、または、複数の局所から発せられる任意の波長の光を検出することを特徴とする光計測装置。 An optical measuring device for measuring light from a physical / chemical reaction amount and its state in one or a plurality of physical / chemical reaction regions in a heat engine or plasma device,
An ignition or discharge plug for use in the heat engine or plasma device according to any one of claims 20 to 22 .
Signal processing means for processing a signal obtained by the light receiving element,
An optical measurement apparatus that detects light having an arbitrary wavelength emitted from one or a plurality of local areas of the physical / chemical reaction region.
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