JP2014013150A

JP2014013150A - Light irradiation device

Info

Publication number: JP2014013150A
Application number: JP2012149716A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Nagumo; 雄三南雲
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-23

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light irradiation device capable of easily measuring a positional relationship of an optical transmission body for an object.SOLUTION: The light irradiation device emits analysis light for analysing a fuel cell 1 from one end of an optical transmission body 21 provided in the light irradiation device, and position measurement light for measuring a positional relationship of the optical transmission body 21 for the fuel cell 1. Thus, the positional relationship of the optical transmission body 21 for the fuel cell 1 can be easily measured on the basis of reflected light 211 of the position measurement light in the fuel cell 1 and reflected light 212 of the position measurement light at one end of the optical transmission body 21. The position measurement light is emitted from the same optical transmission body 21 as the optical transmission body 21 from which analysis light for analysing the fuel cell 1 is emitted. This can determine the positional relationship of the optical transmission body 21 for the fuel cell 1 when the fuel cell 1 is analysed. Thus, in addition to determination of the positional relationship of the optical transmission body 21 for the fuel cell 1, the fuel cell 1 can be favourably analysed.

Description

本発明は、光伝送体の一端から光を照射する光照射装置に関するものである。 The present invention relates to a light irradiation apparatus that irradiates light from one end of an optical transmission body.

燃料電池などの対象物を分析するために、周辺の酸素濃度に応じて光学的特性が変化する物質（酸素感応物質）が用いられる場合がある（例えば、下記特許文献１及び２参照）。このような酸素感応物質を用いて分析を行うことにより、対象物の劣化状態などを判断することができる。 In order to analyze an object such as a fuel cell, a substance (oxygen-sensitive substance) whose optical characteristics change according to the surrounding oxygen concentration may be used (for example, see Patent Documents 1 and 2 below). By performing analysis using such an oxygen-sensitive substance, it is possible to determine the deterioration state of the object.

例えば特許文献１には、酸素感応物質としての蛍光体をプローブ（光伝送体）の先端部に設け、当該先端部を燃料電池のイオン透過膜に埋設する構成が開示されている。このような構成により、プローブの先端部から照射した光による蛍光体の蛍光強度に基づいて、燃料電池内の酸素濃度を検出し、燃料電池の劣化状態を判断することができる。 For example, Patent Document 1 discloses a configuration in which a phosphor as an oxygen sensitive substance is provided at the tip of a probe (light transmission body) and the tip is embedded in an ion permeable membrane of a fuel cell. With such a configuration, the oxygen concentration in the fuel cell can be detected based on the fluorescence intensity of the phosphor by the light emitted from the tip of the probe, and the deterioration state of the fuel cell can be determined.

また、特許文献２には、酸素感応物質としてのポルフィリン被膜を燃料電池の内部に塗布し、光透過窓を介して、ポルフィリン被膜の発光ルミネッセンス強度を観測する構成が開示されている。このような構成により、酸素濃度に応じて変化するポルフィリン被膜の発光ルミネッセンス強度に基づいて、燃料電池内の酸素濃度を検出し、動作や劣化の解析に用いることができる。 Patent Document 2 discloses a configuration in which a porphyrin film as an oxygen-sensitive substance is applied to the inside of a fuel cell, and the luminescence intensity of the porphyrin film is observed through a light transmission window. With such a configuration, the oxygen concentration in the fuel cell can be detected based on the emission luminescence intensity of the porphyrin coating that changes according to the oxygen concentration, and can be used for analysis of operation and deterioration.

特開２００４−２６５６６７号公報JP 2004-265667 A 特許第４６７７６０４号公報Japanese Patent No. 4677604

しかしながら、上記特許文献１及び２などに例示される技術では、燃料電池などの対象物における任意の位置を分析することができないという問題がある。すなわち、特許文献１に開示された技術では、プローブの先端部が燃料電池のイオン透過膜に埋設されているため、その埋設された部分における酸素濃度は検出できるものの、他の部分における酸素濃度を検出することはできない。特許文献２に開示された技術では、ポルフィリン被膜が予め塗布された部分における酸素濃度は検出できるものの、他の部分における酸素濃度を検出することはできない。 However, the techniques exemplified in Patent Documents 1 and 2 have a problem that an arbitrary position in an object such as a fuel cell cannot be analyzed. That is, in the technique disclosed in Patent Document 1, since the tip of the probe is embedded in the ion permeable membrane of the fuel cell, the oxygen concentration in the embedded portion can be detected, but the oxygen concentration in other portions is detected. It cannot be detected. With the technique disclosed in Patent Document 2, the oxygen concentration in the portion where the porphyrin film is previously applied can be detected, but the oxygen concentration in other portions cannot be detected.

また、特許文献１に開示された技術では、プローブの先端部が燃料電池のイオン透過膜に埋設されているため、複数の位置で酸素濃度を検出できるようにするためには、各位置にプローブを設けなければならず、装置の構成が複雑になる。 In the technique disclosed in Patent Document 1, since the tip of the probe is embedded in the ion permeable membrane of the fuel cell, in order to be able to detect the oxygen concentration at a plurality of positions, the probe is provided at each position. This complicates the configuration of the apparatus.

さらに、特許文献１に開示された技術では、燃料電池の熱膨張の影響を受けやすいという問題がある。すなわち、燃料電池などのように、高温から低温までの幅広い温度条件で使用される対象物の場合には、固定されたプローブの位置が対象物の熱膨張によってずれてしまうおそれがある。 Furthermore, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that it is easily influenced by the thermal expansion of the fuel cell. That is, in the case of an object used in a wide range of temperature conditions from high temperature to low temperature, such as a fuel cell, the position of the fixed probe may be displaced due to thermal expansion of the object.

そこで、例えば特許文献１に開示されているような光伝送体（プローブ）を任意の位置に移動可能な構成とすることが考えられる。しかし、光伝送体の先端部の位置を測定することができなければ、どの位置における酸素濃度を検出しているのかを特定することができない。 Therefore, for example, it is conceivable that the optical transmission body (probe) disclosed in Patent Document 1 can be moved to an arbitrary position. However, unless the position of the tip of the optical transmission body can be measured, it is not possible to specify at which position the oxygen concentration is detected.

特に、燃料電池などの対象物の内部は、外側から確認しづらいのが一般的であるため、光伝送体の先端部を対象物の内部に挿入した場合には、対象物の内部における当該先端部の位置を測定することが困難である。そのため、対象物の内部における深さ方向の位置と、その位置における検出結果とを対応付けて、酸素濃度分布などを測定することは困難である。したがって、対象物に対する光伝送体の位置関係を容易に測定できるような構成が望まれている。 In particular, since the inside of an object such as a fuel cell is generally difficult to confirm from the outside, when the tip of an optical transmission body is inserted into the object, the tip inside the object It is difficult to measure the position of the part. Therefore, it is difficult to measure the oxygen concentration distribution and the like by associating the position in the depth direction inside the object with the detection result at that position. Therefore, a configuration that can easily measure the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object is desired.

以上のような課題は、上記特許文献１及び２のように対象物を分析するための装置に限らず、対象物を加工するための装置などにおいても同様に生じる課題である。すなわち、光伝送体から光を照射して対象物を加工する場合には、対象物に対する光伝送体の位置関係を容易に測定できることが好ましい。 The problems as described above are not limited to apparatuses for analyzing an object as in Patent Documents 1 and 2 described above, but also occur in apparatuses for processing an object. That is, when processing an object by irradiating light from the optical transmission body, it is preferable that the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object can be easily measured.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、対象物に対する光伝送体の位置関係を容易に測定することができる光照射装置を提供することを目的とする。また、本発明は、対象物の分析又は加工を良好に行うことができる光照射装置を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the light irradiation apparatus which can measure the positional relationship of the optical transmission body with respect to a target object easily. Moreover, an object of this invention is to provide the light irradiation apparatus which can perform the analysis or processing of a target object favorably.

本発明に係る光照射装置は、一端から光を照射する光伝送体と、対象物を分析又は加工するための光、及び、前記対象物に対する前記光伝送体の位置関係を測定するための位置測定光を、前記光伝送体の他端側から導入可能な光導入部と、前記対象物における前記位置測定光の反射光、及び、前記光伝送体の一端における前記位置測定光の反射光を受光する位置測定用受光部と、前記位置測定用受光部で受光した光に基づいて、前記対象物に対する前記光伝送体の位置関係を測定する位置測定部とを備えたことを特徴とする。 The light irradiation apparatus according to the present invention includes a light transmission body that emits light from one end, light for analyzing or processing an object, and a position for measuring a positional relationship of the light transmission body with respect to the object. A light introducing portion capable of introducing measurement light from the other end side of the optical transmission body, reflected light of the position measurement light on the object, and reflected light of the position measurement light on one end of the optical transmission body; A light receiving unit for position measurement that receives light and a position measurement unit that measures a positional relationship of the optical transmission body with respect to the object based on light received by the light receiving unit for position measurement are provided.

このような構成によれば、対象物における位置測定光の反射光、及び、光伝送体の一端における位置測定光の反射光に基づいて、対象物に対する光伝送体の位置関係を容易に測定することができる。位置測定光は、対象物を分析又は加工するための光と同じ光伝送体から照射されるため、対象物の分析又は加工に際して、そのときの対象物に対する光伝送体の位置関係を特定することができる。したがって、対象物に対する光伝送体の位置関係を特定した上で、対象物の分析又は加工を良好に行うことができる。 According to such a configuration, the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object is easily measured based on the reflected light of the position measurement light on the object and the reflected light of the position measurement light on one end of the optical transmission body. be able to. Since the position measurement light is emitted from the same optical transmission body as the light for analyzing or processing the object, the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object at that time should be specified when analyzing or processing the object. Can do. Therefore, after specifying the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object, the object can be analyzed or processed satisfactorily.

前記対象物を分析又は加工するための光及び前記位置測定光は、それぞれ異なる波長であることが好ましい。これにより、対象物を分析又は加工するための光が、対象物に対する光伝送体の位置関係の測定に影響を与えたり、位置測定光が、対象物の分析又は加工に影響を与えたりするのを防止することができる。 It is preferable that the light for analyzing or processing the object and the position measurement light have different wavelengths. As a result, the light for analyzing or processing the object affects the measurement of the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object, or the position measurement light affects the analysis or processing of the object. Can be prevented.

前記光照射装置は、前記光伝送体の他端側から導入する光を、前記対象物を分析又は加工するための光又は前記位置測定光に切り替えるための切替機構をさらに備えていてもよい。これにより、対象物を分析又は加工するための光と位置測定光とが光伝送体から同時に照射されることがない。したがって、対象物を分析又は加工するための光が、対象物に対する光伝送体の位置関係の測定に影響を与えたり、位置測定光が、対象物の分析又は加工に影響を与えたりするのを確実に防止することができる。 The light irradiation device may further include a switching mechanism for switching light introduced from the other end side of the optical transmission body to light for analyzing or processing the object or the position measurement light. Thereby, the light for analyzing or processing the object and the position measuring light are not simultaneously irradiated from the optical transmission body. Therefore, the light for analyzing or processing the object may affect the measurement of the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object, or the position measurement light may affect the analysis or processing of the object. It can be surely prevented.

この場合、前記切替機構は、前記対象物を分析又は加工するための光を前記光伝送体の他端側から導入するか否かを切り替えるための第１切替部、及び、前記位置測定光を前記光伝送体の他端側から導入するか否かを切り替えるための第２切替部の少なくとも一方を備えていてもよい。 In this case, the switching mechanism includes a first switching unit for switching whether to introduce light for analyzing or processing the object from the other end side of the optical transmission body, and the position measurement light. You may provide at least one of the 2nd switching parts for switching whether it introduce | transduces from the other end side of the said optical transmission body.

前記光導入部は、前記対象物を分析するための分析光を前記光伝送体の他端側から導入可能であってもよい。この場合、前記光照射装置は、前記分析光に基づく光を受光する分析用受光部を備えるとともに、前記光伝送体の一端には、周辺環境に応じて光学的特性が変化する物質が設けられていてもよい。 The light introducing unit may be capable of introducing analysis light for analyzing the object from the other end side of the optical transmission body. In this case, the light irradiation device includes an analysis light receiving unit that receives light based on the analysis light, and a substance whose optical characteristics change according to the surrounding environment is provided at one end of the optical transmission body. It may be.

このような構成によれば、対象物を分析するための分析光が光伝送体の一端から照射され、周辺環境に応じて光学的特性が変化する物質に入射する。当該物質の光学的特性が周辺環境に応じて変化することにより、当該物質に入射した光の特性も周辺環境に応じて変化することとなる。したがって、当該物質に光を入射させて分析を行うことにより、光伝送体の一端における周辺環境の測定を行うことができる。 According to such a configuration, analysis light for analyzing the object is irradiated from one end of the optical transmission body, and is incident on a substance whose optical characteristics change according to the surrounding environment. When the optical characteristics of the substance change according to the surrounding environment, the characteristics of the light incident on the substance also change according to the surrounding environment. Therefore, the surrounding environment at one end of the optical transmission body can be measured by performing analysis by making light incident on the substance.

前記物質は、周辺の酸素濃度に応じて光学的特性が変化するものであってもよい。 The substance may be one whose optical properties change according to the surrounding oxygen concentration.

このような構成によれば、対象物を分析するための分析光が光伝送体の一端から照射され、周辺の酸素濃度に応じて光学的特性が変化する物質に入射する。したがって、当該物質に光を入射させて分析を行うことにより、光伝送体の一端における周辺の酸素濃度の測定を行うことができる。これにより、例えば燃料電池などの対象物の動作状態を解析することができるため、このような対象物の分析に適した光照射装置を提供することができる。 According to such a configuration, analysis light for analyzing the object is irradiated from one end of the optical transmission body, and is incident on a substance whose optical characteristics change according to the surrounding oxygen concentration. Therefore, by measuring light incident on the substance, the oxygen concentration in the vicinity of one end of the optical transmission body can be measured. Thereby, for example, since the operating state of an object such as a fuel cell can be analyzed, a light irradiation apparatus suitable for the analysis of such an object can be provided.

前記位置測定部は、前記対象物における前記位置測定光の反射光と、前記光伝送体の一端における前記位置測定光の反射光との干渉に基づいて、前記対象物に対する前記光伝送体の位置関係を測定するものであってもよい。 The position measurement unit is configured to detect the position of the optical transmission body with respect to the object based on interference between the reflected light of the position measurement light on the object and the reflected light of the position measurement light on one end of the optical transmission body. You may measure a relationship.

このような構成によれば、光の干渉を利用して、対象物に対する光伝送体の位置関係を容易に測定することができる。特に、対象物における位置測定光の反射光と、光伝送体の一端における位置測定光の反射光との干渉を利用することにより、光伝送体の一端と対象物との距離を容易に測定することができる。 According to such a configuration, it is possible to easily measure the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object using the interference of light. In particular, the distance between one end of the optical transmission body and the object can be easily measured by utilizing interference between the reflected light of the position measurement light on the object and the reflected light of the position measurement light on one end of the optical transmission body. be able to.

前記位置測定用受光部は、分光された光を受光するものであってもよい。この場合、前記位置測定部は、前記位置測定用受光部での受光量から得られる干渉スペクトルに基づいて、前記対象物に対する前記光伝送体の位置関係を測定するものであってもよい。 The position measuring light-receiving unit may receive the dispersed light. In this case, the position measuring unit may measure the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object based on an interference spectrum obtained from the amount of light received by the position measuring light receiving unit.

このような構成によれば、位置測定用受光部での受光量から得られる干渉スペクトルに基づいて、対象物に対する光伝送体の位置関係を容易に測定することができる。特に、反射光の分光特性を用いることにより、例えば特定の計算式に基づいて、光伝送体の一端と対象物との距離を容易に測定することができる。 According to such a configuration, the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object can be easily measured based on the interference spectrum obtained from the amount of light received by the position measurement light receiving unit. In particular, by using the spectral characteristics of the reflected light, the distance between the one end of the optical transmission body and the object can be easily measured based on, for example, a specific calculation formula.

前記光照射装置は、前記位置測定光の光路長を変更するために移動可能なミラーを備えていてもよい。この場合、前記位置測定用受光部は、前記ミラーで反射した光を受光するものであり、前記位置測定部は、前記位置測定用受光部での受光量と前記ミラーの移動量とに基づいて、前記対象物に対する前記光伝送体の位置関係を測定するものであってもよい。 The light irradiation device may include a movable mirror to change the optical path length of the position measurement light. In this case, the position measuring light-receiving unit receives light reflected by the mirror, and the position measuring unit is based on the amount of light received by the position measuring light-receiving unit and the amount of movement of the mirror. The positional relationship of the optical transmission body with respect to the object may be measured.

このような構成によれば、位置測定用受光部での受光量とミラーの移動量とに基づいて、対象物に対する光伝送体の位置関係を容易に測定することができる。特に、ミラーの移動量を用いることにより、光伝送体の一端と対象物との距離を容易に測定することができる。 According to such a configuration, the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object can be easily measured based on the amount of light received by the position measurement light receiving unit and the amount of movement of the mirror. In particular, by using the amount of movement of the mirror, the distance between one end of the optical transmission body and the object can be easily measured.

前記光照射装置は、前記対象物に対する前記光伝送体の相対位置を光の照射方向に対して平行な方向に移動させることにより、光の照射位置を移動可能な照射位置移動機構をさらに備えていてもよい。 The light irradiation device further includes an irradiation position moving mechanism capable of moving the light irradiation position by moving the relative position of the light transmission body with respect to the object in a direction parallel to the light irradiation direction. May be.

このような構成によれば、照射位置移動機構を用いて、対象物に対する光伝送体の相対位置を光の照射方向に対して平行な方向に移動させた場合に、対象物に対する光伝送体の位置関係を容易に測定することができる。したがって、対象物の分析又は加工に際して光伝送体を移動させた場合に、そのときの対象物に対する光伝送体の位置関係を特定した上で、対象物の分析又は加工を良好に行うことができる。 According to such a configuration, when the relative position of the light transmission body with respect to the object is moved in a direction parallel to the light irradiation direction using the irradiation position moving mechanism, the light transmission body with respect to the object is The positional relationship can be easily measured. Therefore, when the optical transmission body is moved during the analysis or processing of the object, the positional analysis of the optical transmission body with respect to the object at that time can be specified, and the analysis or processing of the object can be performed satisfactorily. .

前記照射位置移動機構は、前記対象物に対する前記光伝送体の相対位置を光の照射方向に対して垂直な方向に移動可能であってもよい。 The irradiation position moving mechanism may be capable of moving the relative position of the optical transmission body with respect to the object in a direction perpendicular to the light irradiation direction.

このような構成によれば、光の照射方向に対して垂直な方向に照射位置を調整することができる。これにより、対象物に対して光伝送体を接近させるのに適した位置に、照射位置を調整することができるため、対象物の分析又は加工をさらに良好に行うことができる。 According to such a configuration, the irradiation position can be adjusted in a direction perpendicular to the light irradiation direction. Thereby, since the irradiation position can be adjusted to a position suitable for bringing the optical transmission body closer to the object, the object can be analyzed or processed more satisfactorily.

本発明によれば、対象物における位置測定光の反射光、及び、光伝送体の一端における位置測定光の反射光に基づいて、対象物に対する光伝送体の位置関係を容易に測定することができる。また、本発明によれば、対象物に対する光伝送体の位置関係を特定した上で、対象物の分析又は加工を良好に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to easily measure the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object based on the reflected light of the position measurement light on the object and the reflected light of the position measurement light on one end of the optical transmission body. it can. Further, according to the present invention, it is possible to satisfactorily analyze or process an object after specifying the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object.

本発明の一実施形態に係る光照射装置により対象物を分析する際の態様を示した概略断面図である。It is the schematic sectional drawing which showed the aspect at the time of analyzing a target object with the light irradiation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る光照射装置の構成例を示した概略図である。It is the schematic which showed the structural example of the light irradiation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 燃料電池に対する光伝送体の位置関係を測定する際の態様について説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the aspect at the time of measuring the positional relationship of the optical transmission body with respect to a fuel cell. 本発明の別実施形態に係る光照射装置の構成例の一部を示した概略図である。It is the schematic which showed a part of structural example of the light irradiation apparatus which concerns on another embodiment of this invention.

図１は、本発明の一実施形態に係る光照射装置により対象物を分析する際の態様を示した概略断面図である。本実施形態では、光照射装置が、対象物を分析するための分析装置に適用された場合について説明する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an aspect when an object is analyzed by a light irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention. This embodiment demonstrates the case where a light irradiation apparatus is applied to the analyzer for analyzing a target object.

対象物は、特に限定されるものではないが、この例では、対象物が燃料電池１である場合について説明する。この燃料電池１は、例えば固体高分子形燃料電池であり、いわゆるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）１１を備えている。ＭＥＡ１１は、１対のバイポーラプレート１２の間に挟み込まれた状態で燃料電池１の単セルを構成している。 The object is not particularly limited, but in this example, a case where the object is the fuel cell 1 will be described. The fuel cell 1 is, for example, a solid polymer fuel cell, and includes a so-called MEA (Membrane Electrode Assembly) 11. The MEA 11 constitutes a single cell of the fuel cell 1 while being sandwiched between a pair of bipolar plates 12.

ＭＥＡ１１には、電解質膜１１１、燃料極１１３及び空気極１１２が備えられている。具体的には、電解質膜１１１の一方の面に燃料極１１３が設けられ、他方の面に空気極１１２が設けられることにより、積層体からなるＭＥＡ１１が形成されている。燃料極１１３は、触媒層１１３ａ及びＧＤＬ（Gas Diffusion Layer：ガス拡散層）１１３ｂが積層されることによりアノードを構成している。一方、空気極１１２は、触媒層１１２ａ及びＧＤＬ１１２ｂが積層されることによりカソードを構成している。 The MEA 11 includes an electrolyte membrane 111, a fuel electrode 113, and an air electrode 112. Specifically, the fuel electrode 113 is provided on one surface of the electrolyte membrane 111 and the air electrode 112 is provided on the other surface, whereby the MEA 11 made of a laminate is formed. The fuel electrode 113 forms an anode by laminating a catalyst layer 113a and a GDL (Gas Diffusion Layer) 113b. On the other hand, the air electrode 112 constitutes a cathode by laminating the catalyst layer 112a and the GDL 112b.

触媒層１１２ａ、１１３ａは、例えば白金触媒などにより形成された金属層として設けることができる。また、ＧＤＬ１１２ｂ、１１３ｂは、例えばカーボンなどにより形成された導電性多孔質層として設けることができる。 The catalyst layers 112a and 113a can be provided as metal layers formed of, for example, a platinum catalyst. Further, the GDLs 112b and 113b can be provided as a conductive porous layer made of, for example, carbon.

電解質膜１１１は、例えば水素イオンＨ^＋を透過可能な固体高分子膜により形成されている。この例では、燃料極１１３側のバイポーラプレート１２を介して供給される水素Ｈ_２が、燃料極１１３の触媒層１１３ａにおいて水素イオンＨ^＋と電子に分離される。水素イオンＨ^＋は電解質膜１１１を透過し、空気極１１２の触媒層１１２ａにおいて、空気極１１２側のバイポーラプレート１２を介して供給される酸素Ｏ_２と反応する。このように、燃料極１１３の触媒層１１３ａにおいて電子が発生することにより、外部負荷（図示せず）を介して接続された燃料極１１３と空気極１１２との間に起電力が発生するようになっている。 The electrolyte membrane 111 is made of, for example, a solid polymer membrane that is permeable to hydrogen ions H ⁺ . In this example, hydrogen H ₂ supplied via the bipolar plate 12 on the fuel electrode 113 side is separated into hydrogen ions H ⁺ and electrons in the catalyst layer 113 a of the fuel electrode 113. Hydrogen ions H ⁺ permeate the electrolyte membrane 111 and react with oxygen O ₂ supplied through the bipolar plate 12 on the air electrode 112 side in the catalyst layer 112a of the air electrode 112. Thus, an electron is generated in the catalyst layer 113a of the fuel electrode 113, so that an electromotive force is generated between the fuel electrode 113 and the air electrode 112 connected via an external load (not shown). It has become.

本実施形態では、光照射装置に備えられた光伝送体２１の一端から、燃料電池１に対して光を照射することにより、燃料電池１の分析が行われる。光伝送体２１は、例えば光ファイバにより構成されている。この例では、空気極１１２側のバイポーラプレート１２、及び、空気極１１２のＧＤＬ１１２ｂに、一連の貫通孔１３が形成されることにより、当該貫通孔１３を介して燃料電池１内に光伝送体２１を挿入することができるようになっている。貫通孔１３は、例えば直径が１００μｍ程度の小孔により構成することができる。ただし、このような構成に限らず、バイポーラプレート１２又はＧＤＬ１１２ｂに備えられている空隙を利用して、光伝送体２１を挿入することもできる。 In the present embodiment, the fuel cell 1 is analyzed by irradiating the fuel cell 1 with light from one end of the light transmission body 21 provided in the light irradiation device. The optical transmission body 21 is composed of, for example, an optical fiber. In this example, a series of through holes 13 are formed in the bipolar plate 12 on the air electrode 112 side and the GDL 112 b of the air electrode 112, so that the optical transmission body 21 is provided in the fuel cell 1 through the through holes 13. Can be inserted. The through-hole 13 can be constituted by a small hole having a diameter of about 100 μm, for example. However, the configuration is not limited to such a configuration, and the optical transmission body 21 can be inserted using a gap provided in the bipolar plate 12 or the GDL 112b.

このような構成を用いることにより、例えば燃料極１１２側の酸素濃度を測定することができる。これにより燃料電池動作の解析が可能で、研究開発に極めて有用な情報を与える。酸素濃度の測定による燃料電池動作の解析については次の参考文献がある。
J. Inukai, K. Miyatake, K. Takada, M. Watanabe, T. Hyakutake, H. Nishide,
Y. Nagumo, M. Watanabe, M. Aoki, and H. Takano, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47,
2792-2795
J. Inukai, K. Miyatake, Y. Ishigami, M. Watanabe, T. Hyakutake, H. Nishide,
Y. Nagumo, M. Watanabe, and A. Tanaka, Chem. Commun. 2008, 1750-1752 By using such a configuration, for example, the oxygen concentration on the fuel electrode 112 side can be measured. This makes it possible to analyze fuel cell operation and provide extremely useful information for research and development. The following references are available for analysis of fuel cell operation by measuring oxygen concentration.
J. Inukai, K. Miyatake, K. Takada, M. Watanabe, T. Hyakutake, H. Nishide,
Y. Nagumo, M. Watanabe, M. Aoki, and H. Takano, Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47,
2792-2795
J. Inukai, K. Miyatake, Y. Ishigami, M. Watanabe, T. Hyakutake, H. Nishide,
Y. Nagumo, M. Watanabe, and A. Tanaka, Chem. Commun. 2008, 1750-1752

図２は、本発明の一実施形態に係る光照射装置２の構成例を示した概略図である。この光照射装置２には、上述の光伝送体２１の他、光伝送体２１に光を導入可能な光導入部２２が備えられている。 FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the light irradiation apparatus 2 according to an embodiment of the present invention. The light irradiation device 2 is provided with a light introducing portion 22 capable of introducing light into the light transmitting body 21 in addition to the above-described light transmitting body 21.

本実施形態において、光導入部２２には、燃料電池１を分析するための分析光を光伝送体２１に導入する励起用光源２２１と、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を測定するための位置測定光を光伝送体２１に導入する位置測定用光源２２２とが含まれている。位置測定用光源２２２としては、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode：低コヒーレンス光源）を用いることができる。なお、これらの光源２２１、２２２は、１つの光源として構成することも可能である。 In the present embodiment, the light introduction unit 22 measures the positional relationship between the light source 221 for exciting the analysis light for analyzing the fuel cell 1 and the light transmitter 21 with respect to the fuel cell 1. And a position measuring light source 222 for introducing position measuring light into the optical transmission body 21. As the position measurement light source 222, for example, an SLD (Super Luminescent Diode: low coherence light source) can be used. The light sources 221 and 222 can be configured as one light source.

励起用光源２２１からの分析光は、ビームスプリッタ２４１、２４２において反射された後、レンズ２５を介して光伝送体２１の他端側（光を照射する側とは反対側）に導入される。一方、位置測定用光源２２２からの位置測定光は、ビームスプリッタ２４３、２４２を透過した後、レンズ２５を介して光伝送体２１の他端側に導入される。 The analysis light from the excitation light source 221 is reflected by the beam splitters 241 and 242 and then introduced to the other end side of the optical transmission body 21 through the lens 25 (the side opposite to the light irradiation side). On the other hand, the position measuring light from the position measuring light source 222 passes through the beam splitters 243 and 242 and is then introduced into the other end side of the optical transmission body 21 through the lens 25.

励起用光源２２１からの分析光に基づく蛍光は、光伝送体２１の他端からレンズ２５を介してビームスプリッタ２４２に入射し、当該ビームスプリッタ２４２で反射された後、ビームスプリッタ２４１を透過して蛍光検出器２９により受光される。すなわち、蛍光検出器２９は、分析光に基づく光を受光する分析用受光部を構成している。一方、位置測定用光源２２２からの位置測定光に基づく反射光は、光伝送体２１の他端からレンズ２５を介してビームスプリッタ２４２に入射し、当該ビームスプリッタ２４２を透過した後、ビームスプリッタ２４３で反射されて分光器２３１に入射する。 Fluorescence based on the analysis light from the excitation light source 221 enters the beam splitter 242 from the other end of the optical transmission body 21 via the lens 25, is reflected by the beam splitter 242, and then passes through the beam splitter 241. Light is received by the fluorescence detector 29. That is, the fluorescence detector 29 constitutes an analysis light receiving unit that receives light based on the analysis light. On the other hand, the reflected light based on the position measuring light from the position measuring light source 222 enters the beam splitter 242 from the other end of the optical transmission body 21 via the lens 25, passes through the beam splitter 242, and then the beam splitter 243. And is incident on the spectroscope 231.

分光器２３１は、例えば回折格子などにより構成され、当該分光器２３１で分光された波長ごとの光が、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）ラインセンサなどにより構成される位置測定用受光部２３で受光される。当該位置測定用受光部２３における受光量のデータは位置測定部２６に入力され、当該位置測定部２６において燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係が測定される。位置測定部２６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成することができ、当該ＣＰＵがプログラムを実行することにより、位置測定部２６などの各種機能部として機能するようになっていてもよい。なお、蛍光検出器２９などの分析用受光部と、位置測定用受光部２３は、１つの受光部として構成することも可能である。 The spectroscope 231 is configured by, for example, a diffraction grating, and the light for each wavelength split by the spectroscope 231 is received by the position measurement light receiving unit 23 configured by a CCD (Charge Coupled Device) line sensor or the like. . The received light amount data in the position measuring light receiving unit 23 is input to the position measuring unit 26, and the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 is measured in the position measuring unit 26. The position measuring unit 26 may be configured by, for example, a CPU (Central Processing Unit), and may function as various functional units such as the position measuring unit 26 when the CPU executes a program. Note that the light receiving unit for analysis such as the fluorescence detector 29 and the light receiving unit for position measurement 23 can be configured as one light receiving unit.

光伝送体２１は、照射位置移動機構２７により移動させることができるようになっている。この例では、照射位置移動機構２７により、燃料電池１に対する光伝送体２１の先端位置を、光の照射方向に対して平行な方向（Ｚ方向）に移動させることができるだけでなく、光の照射方向に対して垂直な方向（ＸＹ方向）にも移動させることができるようになっている。これにより、光伝送体２１からの光の照射位置を任意に移動可能な構成となっている。 The optical transmission body 21 can be moved by an irradiation position moving mechanism 27. In this example, the irradiation position moving mechanism 27 can not only move the tip position of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 in a direction parallel to the light irradiation direction (Z direction), but also light irradiation. It can also be moved in a direction perpendicular to the direction (XY direction). Thereby, the irradiation position of the light from the optical transmission body 21 can be arbitrarily moved.

ただし、光伝送体２１をＺ方向及びＸＹ方向の両方に移動させることができるような構成に限らず、いずれか一方にのみ移動させることができるような構成であってもよい。また、光伝送体２１を移動させるような構成に限らず、例えば光伝送体２１を停止させた状態で燃料電池１を移動させることにより、燃料電池１に対する光伝送体２１の相対位置を移動させるような構成であってもよい。なお、照射位置移動機構２７を省略することも可能である。 However, the configuration is not limited to the configuration in which the optical transmission body 21 can be moved in both the Z direction and the XY direction, and the configuration in which the optical transmission body 21 can be moved in only one of the directions may be employed. In addition, the configuration is not limited to moving the optical transmission body 21. For example, the relative position of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 is moved by moving the fuel cell 1 with the optical transmission body 21 stopped. Such a configuration may be adopted. The irradiation position moving mechanism 27 can be omitted.

本実施形態では、励起用光源２２１からの分析光をオン状態又はオフ状態に切り替えるための切替部２８１と、位置測定用光源２２２からの位置測定光をオン状態又はオフ状態に切り替えるための切替部２８２とが備えられている。これらの切替部２８１、２８２は、光伝送体２１の他端側から導入する光を、分析光又は位置測定光に切り替えるための切替機構２８を構成している。すなわち、切替部２８１、２８２の一方をオン状態とし、他方をオフ状態とすることにより、分析光又は位置測定光に選択的に切り替えることができるようになっている。 In the present embodiment, a switching unit 281 for switching the analysis light from the excitation light source 221 to an on state or an off state, and a switching unit for switching the position measurement light from the position measurement light source 222 to an on state or an off state. 282. These switching units 281 and 282 constitute a switching mechanism 28 for switching light introduced from the other end side of the optical transmission body 21 to analysis light or position measurement light. That is, one of the switching units 281 and 282 is turned on and the other is turned off, so that the light can be selectively switched to analysis light or position measurement light.

ただし、切替機構２８は、上記のような切替部２８１、２８２により構成されるものに限らず、他の態様で分析光又は位置測定光に切り替え可能な構成であってもよい。また、切替機構２８を省略することも可能である。 However, the switching mechanism 28 is not limited to the one configured by the switching units 281 and 282 as described above, and may be configured to be able to switch to analysis light or position measurement light in another manner. The switching mechanism 28 can be omitted.

図３は、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を測定する際の態様について説明するための概略図である。光伝送体２１の一端から位置測定光を照射する際には、図３に示す高さＡにおいて、燃料電池１で反射する反射光２１１が生じるとともに、図３に示す高さＢにおいて、光伝送体２１の一端の表面で反射する反射光２１２が生じることとなる。 FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an aspect when measuring the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1. When the position measuring light is irradiated from one end of the optical transmission body 21, the reflected light 211 reflected by the fuel cell 1 is generated at the height A shown in FIG. 3, and the optical transmission is performed at the height B shown in FIG. The reflected light 212 reflected from the surface of one end of the body 21 is generated.

これらの反射光２１１、２１２は、光伝送体２１を通って分光器２３１に入射した後、位置測定用受光部２３で受光されるようになっている。すなわち、位置測定用受光部２３は、燃料電池１における位置測定光の反射光２１１、及び、光伝送体２１の一端における位置測定光の反射光２１２を受光するものであり、これらの反射光２１１、２１２が分光されて受光されるようになっている。 The reflected lights 211 and 212 are incident on the spectroscope 231 through the optical transmission body 21 and then received by the position measurement light receiving unit 23. That is, the position measurement light receiving unit 23 receives the reflected light 211 of the position measurement light in the fuel cell 1 and the reflected light 212 of the position measurement light at one end of the optical transmission body 21. , 212 are split and received.

本実施形態において、位置測定部２６は、位置測定用受光部２３での受光量から得られる干渉スペクトルに基づいて、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を測定するようになっている。具体的には、燃料電池１における位置測定光の反射光２１１と、光伝送体２１の一端における位置測定光の反射光２１２とが干渉することにより、位置測定用受光部２３での受光量に基づいて得られる干渉スペクトルの強度分布には、ｃｏｓ（２ｋｄ）で表される干渉項が現れる。なお、ｄは、反射光２１１の反射位置と反射光２１２の反射位置との距離（高さＡと高さＢの差）である。 In the present embodiment, the position measuring unit 26 measures the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 based on the interference spectrum obtained from the amount of light received by the position measuring light receiving unit 23. Specifically, the reflected light 211 of the position measurement light in the fuel cell 1 interferes with the reflected light 212 of the position measurement light at one end of the optical transmission body 21, so that the amount of light received by the position measurement light receiving unit 23 is increased. An interference term represented by cos (2 kd) appears in the intensity distribution of the interference spectrum obtained based on the interference spectrum. Note that d is the distance (the difference between the height A and the height B) between the reflection position of the reflected light 211 and the reflection position of the reflected light 212.

前記干渉項に、ｋ＝２π／λを代入すると、ｃｏｓ（２ｄ×２π／λ）となる。したがって、例えば干渉項のピークにおける波長λ_１、λ_２は、下記式（１）、（２）を満たすこととなる。なお、ｍは任意の整数である。
２ｄ×２π／λ_１＝２π×ｍ・・・（１）
２ｄ×２π／λ_２＝２π×（ｍ＋１）・・・（２） Substituting k = 2π / λ into the interference term gives cos (2d × 2π / λ). Therefore, for example, the wavelengths λ ₁ and λ _{2 at} the peak of the interference term satisfy the following expressions (1) and (2). Note that m is an arbitrary integer.
2d × 2π / λ ₁ = 2π × m (1)
2d × 2π / λ ₂ = 2π × (m + 1) (2)

これらの式（１）、（２）からｍを消去することにより、距離ｄと波長λ_１、λ_２との関係を下記式（３）で表すことができる。
２ｄ＝１／（１／λ_２−１／λ_１）・・・（３）
したがって、この式（３）に波長λ_１、λ_２を代入することにより、距離ｄを求めることができる。 By eliminating m from these equations (1) and (2), the relationship between the distance d and the wavelengths λ ₁ and λ ₂ can be expressed by the following equation (3).
2d = 1 / (1 / λ ₂ −1 / λ ₁ ) (3)
Therefore, the distance d can be obtained by substituting the wavelengths λ ₁ and λ ₂ into the equation (3).

本実施形態では、燃料電池１における位置測定光の反射光２１１、及び、光伝送体２１の一端における位置測定光の反射光２１２に基づいて、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を容易に測定することができる。位置測定光は、燃料電池１を分析するための分析光と同じ光伝送体２１から照射されるため、燃料電池１の分析に際して、そのときの燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を特定することができる。したがって、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を特定した上で、燃料電池１の分析を良好に行うことができる。 In this embodiment, based on the reflected light 211 of the position measurement light in the fuel cell 1 and the reflected light 212 of the position measurement light at one end of the optical transmission body 21, the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 is easy. Can be measured. Since the position measurement light is emitted from the same optical transmission body 21 as the analysis light for analyzing the fuel cell 1, when analyzing the fuel cell 1, the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 at that time is specified. can do. Therefore, the fuel cell 1 can be favorably analyzed after the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 is specified.

特に、本実施形態では、燃料電池１における位置測定光の反射光２１１と、光伝送体２１の一端における位置測定光の反射光２１２との干渉を利用することにより、光伝送体２１の一端と燃料電池１との距離ｄを容易に測定することができる。上述のように、位置測定用受光部２３での受光量から得られる干渉スペクトルに基づいて、距離ｄを求めるような構成であれば、反射光２１１、２１２の分光特性を用いて、式（３）により距離ｄを容易に測定することができる。 In particular, in the present embodiment, by utilizing interference between the reflected light 211 of the position measurement light in the fuel cell 1 and the reflected light 212 of the position measurement light at one end of the optical transmission body 21, The distance d from the fuel cell 1 can be easily measured. As described above, if the distance d is obtained based on the interference spectrum obtained from the amount of light received by the position measurement light receiving unit 23, the spectral characteristics of the reflected lights 211 and 212 are used to obtain the equation (3). ) Makes it possible to easily measure the distance d.

分析光を用いた燃料電池１の分析については、例えば光伝送体２１の一端に試薬２１３を塗布し、当該試薬２１３を分析光で励起させることにより生じた蛍光を蛍光検出器２９で受光することにより行うことができる。試薬２１３は、周辺環境に応じて光学的特性が変化する物質であり、特に、周辺の酸素濃度に応じて光学的特性が変化する酸素感応物質であることが好ましい。この例では、試薬２１３の光学的特性の変化として、蛍光強度が変化する場合について説明するが、このような構成に限らず、他の光学的特性が変化するような物質を用いることも可能である。 For analysis of the fuel cell 1 using analysis light, for example, a reagent 213 is applied to one end of the optical transmission body 21 and fluorescence generated by exciting the reagent 213 with analysis light is received by the fluorescence detector 29. Can be performed. The reagent 213 is a substance whose optical characteristics change according to the surrounding environment, and is particularly preferably an oxygen-sensitive substance whose optical characteristics change according to the surrounding oxygen concentration. In this example, the case where the fluorescence intensity changes as a change in the optical characteristics of the reagent 213 will be described. However, the present invention is not limited to such a configuration, and other substances whose optical characteristics change can also be used. is there.

燃料電池１を分析するための分析光は、光伝送体２１の一端から照射され、試薬２１３に入射する。試薬２１３の光学的特性が周辺環境に応じて変化することにより、当該試薬２１３に入射した分析光の特性（例えば蛍光強度）も周辺環境に応じて変化することとなる。したがって、試薬２１３に分析光を入射させて分析を行うことにより、光伝送体２１の一端における周辺環境の測定を行うことができる。 Analysis light for analyzing the fuel cell 1 is irradiated from one end of the optical transmission body 21 and enters the reagent 213. When the optical characteristics of the reagent 213 change according to the surrounding environment, the characteristics (for example, fluorescence intensity) of the analysis light incident on the reagent 213 also change according to the surrounding environment. Therefore, the surrounding environment at one end of the optical transmission body 21 can be measured by making the analysis light incident on the reagent 213 and performing the analysis.

特に、試薬２１３として酸素感応物質を用いた場合には、試薬２１３に分析光を入射させて分析を行うことにより、光伝送体２１の一端における周辺の酸素濃度の測定を行うことができる。これにより、燃料電池１の動作状態を解析することができるため、燃料電池１の分析に適した光照射装置を提供することができる。 In particular, when an oxygen-sensitive substance is used as the reagent 213, the oxygen concentration in the vicinity of one end of the optical transmission body 21 can be measured by performing analysis by making the analysis light incident on the reagent 213. Thereby, since the operation state of the fuel cell 1 can be analyzed, the light irradiation apparatus suitable for the analysis of the fuel cell 1 can be provided.

また、本実施形態では、照射位置移動機構２７を用いて、燃料電池１に対する光伝送体２１の相対位置をＺ方向に移動させた場合に、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を容易に測定することができる。したがって、燃料電池１の分析に際して光伝送体２１を移動させた場合に、そのときの燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を特定した上で、燃料電池１の分析を良好に行うことができる。 In the present embodiment, when the relative position of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 is moved in the Z direction using the irradiation position moving mechanism 27, the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 is easy. Can be measured. Therefore, when the optical transmission body 21 is moved during the analysis of the fuel cell 1, the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 at that time is specified, and the analysis of the fuel cell 1 can be performed favorably. it can.

さらに、本実施形態では、照射位置移動機構２７を用いて、ＸＹ方向に照射位置を調整することができる。これにより、燃料電池１に対して光伝送体２１を接近させるのに適した位置に、照射位置を調整することができるため、燃料電池１の分析をさらに良好に行うことができる。特に、位置測定光を用いて、貫通孔１３などの光伝送体２１を接近すべき位置を的確に特定することができる。 Furthermore, in this embodiment, the irradiation position can be adjusted in the XY directions using the irradiation position moving mechanism 27. Thereby, since the irradiation position can be adjusted to a position suitable for bringing the optical transmission body 21 closer to the fuel cell 1, the fuel cell 1 can be analyzed more satisfactorily. In particular, the position measurement light can be used to accurately identify the position where the optical transmission body 21 such as the through-hole 13 should approach.

励起用光源２２１からの分析光としては、例えば近紫外（波長２００〜３８０ｎｍ程度）又は紫色（波長３８０〜４５０ｎｍ程度）の光を用いることができる。この場合、試薬２１３における蛍光は、例えば赤色（波長６２０〜７５０ｎｍ程度）の光であってもよい。また、位置測定用光源２２２からの位置測定光としては、例えば可視（波長３８０〜８００ｎｍ程度）又は近赤外（波長８００〜２５００ｎｍ程度）の光を用いることができる。 As analysis light from the excitation light source 221, for example, near ultraviolet (wavelength: about 200 to 380 nm) or purple (wavelength: about 380 to 450 nm) light can be used. In this case, the fluorescence in the reagent 213 may be, for example, red (wavelength of about 620 to 750 nm) light. Further, as the position measurement light from the position measurement light source 222, for example, visible (wavelength of about 380 to 800 nm) or near infrared (wavelength of about 800 to 2500 nm) light can be used.

分析光及び位置測定光は、それぞれ異なる波長であることが好ましい。これにより、分析光が、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係の測定に影響を与えたり、位置測定光が、燃料電池１の分析に影響を与えたりするのを防止することができる。 It is preferable that the analysis light and the position measurement light have different wavelengths. Thereby, it is possible to prevent the analysis light from affecting the measurement of the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 and the position measurement light from affecting the analysis of the fuel cell 1.

特に、本実施形態のように切替機構２８を備えた構成であれば、分析光と位置測定光とが光伝送体２１から同時に照射されることがない。したがって、分析光が、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係の測定に影響を与えたり、位置測定光が、燃料電池１の分析に影響を与えたりするのを確実に防止することができる。 In particular, if the switching mechanism 28 is provided as in the present embodiment, the analysis light and the position measurement light are not simultaneously irradiated from the optical transmission body 21. Therefore, it is possible to reliably prevent the analysis light from affecting the measurement of the positional relationship of the optical transmission body 21 with respect to the fuel cell 1 and the position measurement light from affecting the analysis of the fuel cell 1. .

図４は、本発明の別実施形態に係る光照射装置３の構成例の一部を示した概略図である。本実施形態に係る光照射装置３は、いわゆるマイケルソン干渉計の機構を用いたものである。この光照射装置３には、光ファイバなどにより構成される光伝送体３１と、光伝送体３１に光を導入可能な光導入部としての光源３２とが備えられている。 FIG. 4 is a schematic view showing a part of a configuration example of a light irradiation apparatus 3 according to another embodiment of the present invention. The light irradiation device 3 according to the present embodiment uses a so-called Michelson interferometer mechanism. The light irradiation device 3 includes an optical transmission body 31 constituted by an optical fiber and the like, and a light source 32 as a light introduction section capable of introducing light into the optical transmission body 31.

この例では、燃料電池１に対する光伝送体３１の位置関係を測定するための位置測定光が、光源３２から照射されるようになっている。また、燃料電池１における位置測定光の反射光３１１、及び、光伝送体３１の一端における位置測定光の反射光３１２が、光検出器３３で受光されるようになっている。すなわち、光検出器３３は、位置測定用受光部を構成している。図４では、説明を簡略化するために、燃料電池１を分析するための分析光を光伝送体３１に導入するための機構や、分析光に基づく蛍光を受光するための機構などを図示していないが、図２の場合と同様に、これらの機構が備えられている。 In this example, the light source 32 emits position measurement light for measuring the positional relationship of the optical transmission body 31 with respect to the fuel cell 1. The reflected light 311 of the position measurement light in the fuel cell 1 and the reflected light 312 of the position measurement light at one end of the optical transmission body 31 are received by the photodetector 33. That is, the photodetector 33 constitutes a position measuring light receiving unit. In FIG. 4, in order to simplify the explanation, a mechanism for introducing analysis light for analyzing the fuel cell 1 into the optical transmission body 31, a mechanism for receiving fluorescence based on the analysis light, and the like are illustrated. Although not shown in FIG. 2, these mechanisms are provided.

光源３２からの位置測定光は、ビームスプリッタ３４に入射し、その一部がビームスプリッタ３４で反射するとともに、残りの一部がビームスプリッタ３４を透過する。ビームスプリッタ３４で反射した位置測定光は、光伝送体３１に他端側から導入されて、一端から照射される。光伝送体３１の一端から位置測定光を照射する際には、燃料電池１で反射する反射光３１１が生じるとともに、光伝送体３１の一端の表面で反射する反射光３１２が生じることとなる。いずれの反射光３１１、３１２も光伝送体３１を介してビームスプリッタ３４に入射し、当該ビームスプリッタ３４を透過して光検出器３３へと向かう。 The position measurement light from the light source 32 enters the beam splitter 34, a part of which is reflected by the beam splitter 34, and the remaining part is transmitted through the beam splitter 34. The position measurement light reflected by the beam splitter 34 is introduced into the optical transmission body 31 from the other end side and irradiated from one end. When the position measurement light is irradiated from one end of the optical transmission body 31, reflected light 311 that is reflected by the fuel cell 1 is generated, and reflected light 312 that is reflected by the surface of one end of the optical transmission body 31 is generated. Both of the reflected lights 311 and 312 enter the beam splitter 34 via the optical transmission body 31, pass through the beam splitter 34, and travel toward the photodetector 33.

一方、光源３２からの位置測定光のうち、ビームスプリッタ３４を透過した光は、ビームスプリッタ３４を挟んで光源３２とは反対側に設けられたミラー３５で反射する。ミラー３５で反射した位置測定光は、ビームスプリッタ３４に再び入射し、当該ビームスプリッタ３４で反射して光検出器３３へと向かう。 On the other hand, of the position measurement light from the light source 32, the light transmitted through the beam splitter 34 is reflected by a mirror 35 provided on the opposite side of the light source 32 with the beam splitter 34 interposed therebetween. The position measurement light reflected by the mirror 35 enters the beam splitter 34 again, is reflected by the beam splitter 34, and travels toward the photodetector 33.

このようにして、燃料電池１において反射した位置測定光と、ミラー３５において反射した位置測定光とが、ビームスプリッタ３４において合流し、光検出器３３で受光される。ミラー３５は、位置測定光の入射方向に対して平行に移動可能であり、これにより、位置測定光の光路長を変更することができるようになっている。 In this way, the position measurement light reflected by the fuel cell 1 and the position measurement light reflected by the mirror 35 merge at the beam splitter 34 and are received by the photodetector 33. The mirror 35 can be moved in parallel with the incident direction of the position measuring light, so that the optical path length of the position measuring light can be changed.

ミラー３５は、例えばモータなどを含む駆動部３６によって移動させることができる。駆動部３６によるミラー３５の移動量のデータは、光検出器３３における受光量のデータとともに、位置測定部３７に入力され、当該位置測定部３７において燃料電池１に対する光伝送体３１の位置関係が測定される。位置測定部３７は、例えばＣＰＵにより構成することができ、当該ＣＰＵがプログラムを実行することにより、位置測定部３７などの各種機能部として機能するようになっていてもよい。 The mirror 35 can be moved by a drive unit 36 including, for example, a motor. The data on the amount of movement of the mirror 35 by the drive unit 36 is input to the position measuring unit 37 together with the data on the amount of light received by the photodetector 33, and the positional relationship of the optical transmission body 31 with respect to the fuel cell 1 in the position measuring unit 37 Measured. The position measuring unit 37 can be configured by a CPU, for example, and may function as various functional units such as the position measuring unit 37 when the CPU executes a program.

位置測定部３７は、光検出器３３での受光量とミラー３５の移動量とに基づいて、燃料電池１に対する光伝送体３１の位置関係を測定する。具体的には、燃料電池１における位置測定光の反射光３１１と、光伝送体３１の一端における位置測定光の反射光３１２との干渉を用いて、光検出器３３における受光量に基づいて測定を行うことができる。 The position measuring unit 37 measures the positional relationship of the optical transmission body 31 with respect to the fuel cell 1 based on the amount of light received by the photodetector 33 and the amount of movement of the mirror 35. Specifically, measurement is performed based on the amount of light received by the photodetector 33 using interference between the reflected light 311 of the position measurement light in the fuel cell 1 and the reflected light 312 of the position measurement light at one end of the optical transmission body 31. It can be performed.

光検出器３３における受光量は、反射光３１１、３１２のそれぞれのビームスプリッタ３４からの光路長が、ミラー３５で反射した光のビームスプリッタ３４からの光路長と一致するときにピークとなる。したがって、ミラー３５を移動させながら、反射光３１１の光路長がミラー３５で反射した光の光路長と一致するときのミラー３５の位置Ｘ１と、反射光３１２の光路長がミラー３５で反射した光の光路長と一致するときのミラー３５の位置Ｘ２を確認することにより、ミラー３５の位置Ｘ１と位置Ｘ２の間の距離を、反射光３１１の反射位置と反射光３１２の反射位置との距離ｄとして測定することができる。 The amount of light received by the photodetector 33 reaches a peak when the optical path lengths of the reflected light 311 and 312 from the beam splitter 34 coincide with the optical path lengths of the light reflected by the mirror 35 from the beam splitter 34. Therefore, while moving the mirror 35, the position X1 of the mirror 35 when the optical path length of the reflected light 311 matches the optical path length of the light reflected by the mirror 35, and the light whose optical path length of the reflected light 312 is reflected by the mirror 35. By confirming the position X2 of the mirror 35 when it coincides with the optical path length, the distance between the position X1 and the position X2 of the mirror 35 is set to the distance d between the reflection position of the reflected light 311 and the reflection position of the reflected light 312. Can be measured as

本実施形態では、光検出器３３での受光量とミラー３５の移動量とに基づいて、燃料電池１に対する光伝送体３１の位置関係を容易に測定することができる。特に、ミラー３５の移動量を用いることにより、光伝送体３１の一端と燃料電池１との距離ｄを容易に測定することができる。 In the present embodiment, the positional relationship of the optical transmission body 31 with respect to the fuel cell 1 can be easily measured based on the amount of light received by the photodetector 33 and the amount of movement of the mirror 35. In particular, by using the movement amount of the mirror 35, the distance d between the one end of the optical transmission body 31 and the fuel cell 1 can be easily measured.

なお、本実施形態においても、図２の例と同様に、光伝送体３１を移動させるための照射位置移動機構や、光伝送体３１の他端側から導入する光を、分析光又は位置測定光に切り替えるための切替機構などが備えられていてもよい。 In this embodiment as well, as in the example of FIG. 2, the irradiation position moving mechanism for moving the optical transmission body 31 and the light introduced from the other end side of the optical transmission body 31 are analyzed light or position measurement. A switching mechanism or the like for switching to light may be provided.

以上の実施形態では、光伝送体２１、３１が光ファイバである場合について説明したが、他の部材により光伝送体２１、３１が構成されていてもよい。また、光伝送体２１、３１の一端には、酸素感応物質に限らず、二酸化炭素や温度などの他の周辺環境に応じて光学的特性が変化する物質が設けられてもよい。当該物質は、光伝送体２１、３１の一端に塗布されるものに限らず、光伝送体２１、３１の一端に部材として配置されるような構成であってもよい。 In the above embodiment, the case where the optical transmission bodies 21 and 31 are optical fibers has been described, but the optical transmission bodies 21 and 31 may be configured by other members. Further, at one end of the optical transmission bodies 21 and 31, not only the oxygen-sensitive substance but also a substance whose optical characteristics change according to other surrounding environment such as carbon dioxide and temperature may be provided. The said substance is not restricted to what is apply | coated to the end of the optical transmission bodies 21 and 31, The structure which is arrange | positioned as a member at the end of the optical transmission bodies 21 and 31 may be sufficient.

また、以上の実施形態では、本発明に係る光照射装置が、対象物（例えば燃料電池１など）を分析するための分析装置に適用された場合について説明したが、対象物を加工するための加工装置に適用することも可能である。この場合、光伝送体２１、３１には、対象物を加工するための加工光（例えばレーザ光など）、及び、対象物に対する光伝送体２１、３１の位置関係を測定するための位置測定光が導入されることとなる。 Moreover, in the above embodiment, although the case where the light irradiation apparatus which concerns on this invention was applied to the analyzer for analyzing a target object (for example, fuel cell 1 etc.) was demonstrated, for processing a target object It is also possible to apply to a processing apparatus. In this case, the optical transmission bodies 21 and 31 include processing light (for example, laser light) for processing the object, and position measurement light for measuring the positional relationship of the optical transmission bodies 21 and 31 with respect to the object. Will be introduced.

１燃料電池
２光照射装置
３光照射装置
１１ＭＥＡ
１２バイポーラプレート
１３貫通孔
２１光伝送体
２２光導入部
２３位置測定用受光部
２６位置測定部
２７照射位置移動機構
２８切替機構
２９蛍光検出器
３１光伝送体
３２光源
３３光検出器
３５ミラー
３７位置測定部
１１１電解質膜
１１２空気極
１１２ａ触媒層
１１２ｂＧＤＬ
１１３燃料極
１１３ａ触媒層
１１３ｂＧＤＬ
２１１反射光
２１２反射光
２１３試薬
２２１励起用光源
２２２位置測定用光源
２３１分光器
３１１反射光
３１２反射光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Light irradiation apparatus 3 Light irradiation apparatus 11 MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Bipolar plate 13 Through-hole 21 Optical transmission body 22 Light introduction part 23 Light-receiving part for position measurement 26 Position measurement part 27 Irradiation position moving mechanism 28 Switching mechanism 29 Fluorescence detector 31 Optical transmission body 32 Light source 33 Photo detector 35 Mirror 37 Position Measurement unit 111 Electrolyte membrane 112 Air electrode 112a Catalyst layer 112b GDL
113 Fuel electrode 113a Catalyst layer 113b GDL
211 Reflected light 212 Reflected light 213 Reagent 221 Excitation light source 222 Position measurement light source 231 Spectrometer 311 Reflected light 312 Reflected light

Claims

An optical transmitter that emits light from one end;
A light introducing unit capable of introducing light for analyzing or processing an object and position measurement light for measuring a positional relationship of the optical transmission body with respect to the object from the other end side of the optical transmission body; ,
A position measurement light receiving unit that receives the reflected light of the position measurement light on the object and the reflected light of the position measurement light at one end of the optical transmission body;
A light irradiation apparatus comprising: a position measuring unit that measures a positional relationship of the optical transmission body with respect to the object based on light received by the position measuring light receiving unit.

The light introducing unit can introduce analysis light for analyzing the object from the other end side of the optical transmission body,
With a light receiving part for analysis that receives light based on the analysis light,
The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein a substance whose optical characteristics change according to a surrounding environment is provided at one end of the optical transmission body.

The light irradiation apparatus according to claim 2, wherein the substance has an optical characteristic that changes depending on a surrounding oxygen concentration.

The position measurement unit is configured to detect the position of the optical transmission body with respect to the object based on interference between the reflected light of the position measurement light on the object and the reflected light of the position measurement light on one end of the optical transmission body. The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the relationship is measured.

The position measuring light-receiving unit receives the dispersed light,
5. The position measurement unit measures a positional relationship of the optical transmission body with respect to the object based on an interference spectrum obtained from an amount of light received by the position measurement light receiving unit. Light irradiation device.

Comprising a movable mirror to change the optical path length of the position measuring light;
The position measuring light receiving unit receives light reflected by the mirror,
The position measurement unit measures the positional relationship of the optical transmission body with respect to the object based on the amount of light received by the position measurement light-receiving unit and the amount of movement of the mirror. The light irradiation apparatus of description.

An irradiation position moving mechanism capable of moving the light irradiation position by moving the relative position of the optical transmission body with respect to the object in a direction parallel to the light irradiation direction. Item 7. The light irradiation device according to any one of Items 1 to 6.

The light irradiation apparatus according to claim 7, wherein the irradiation position moving mechanism is capable of moving a relative position of the optical transmission body with respect to the object in a direction perpendicular to a light irradiation direction.