JP2015025815A - 光学式測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円周上に沿うように配置された測定対象物の特性を光ファイバを用いて測定する際に、光ファイバにねじれが発生することを抑制することによって、より高い精度で測定対象物の特性を測定することができる光学式測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】光学式測定装置１Ａは、円周上に沿うように配置された測定対象物の特性を光ファイバ４０を用いて測定する。光学式測定装置１Ａは、プーリ５４と、プーリ５４を中心に第１角速度で公転しつつ第２角速度で自転可能なプーリ７４と、プーリ７４によって保持され、測定対象物に検出光を投光するとともに測定対象物からの反射光を受光する光ファイバ４０とを備える。第１角速度および第２角速度は、大きさが同一であり且つ向きが反対となっている。【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバを用いて測定対象物に検出光を投光し、その反射光を当該光ファイバが受光して測定対象物の特性を測定する光学式測定装置に関する。

光学式測定装置において、光ファイバは、発振器において発振された検出光を測定対象物にまで導光する。光ファイバは、当該測定対象物に向かって検出光を投光（照射）する。検出光は、測定対象物に反射する。光ファイバは、この反射光を受光し、検出器にまで導光する。検出器によって、反射光のスペクトルまたは吸収度などが測定される。反射光のスペクトルまたは吸収度などに基づいて、光学式測定装置は測定対象物の特性（濃度または化学種等）を測定（分析）することができる。

測定対象物は、所望の目的に応じて種々の態様に配置される。一般的な光学式測定装置においては、測定対象物が所定の位置に固定配置された状態で、その特性が測定される。固定された光ファイバに対して測定対象物を動かすことは、測定精度の低下につながる可能性が高いためである。したがって一般的な光学式測定装置においては、固定配置された測定対象物に対し、光ファイバが２次元方向または３次元方向に動かされている。

特開２０００−１５８１７４号公報（特許文献１）には、レーザ光を伝送する光ファイバケーブルを用いて、３次元加工を行なうというレーザ加工装置が開示されている。特開平１０−５８１３１号公報（特許文献２）には、光ファイバ先端に取り付けられた集光レンズ機構が、光軸まわりに回転するという光ビーム加熱装置が開示されている。特開平７−２９４７０４号公報（特許文献３）には、光ファイバに反射防止膜を形成する光ファイバコネクタ反射防止膜の形成装置が開示されている。

特開２０００−１５８１７４号公報 特開平１０−５８１３１号公報 特開平７−２９４７０４号公報

本発明は、円周上に沿うように配置された測定対象物の特性を光ファイバを用いて測定する際に、光ファイバにねじれが発生することを抑制することによって、より高い精度で測定対象物の特性を測定することができる光学式測定装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に基づく光学式測定装置は、円周上に沿うように配置された測定対象物の特性を光ファイバを用いて測定する光学式測定装置である。当該光学式測定装置は、固定体と、回転体と、上記光ファイバとを備えている。

上記回転体は、上記固定体を中心に第１角速度で公転しつつ、第２角速度で自転可能となっている。上記光ファイバは、上記回転体によって保持され、上記測定対象物に検出光を投光するとともに上記測定対象物からの反射光を受光する。そして、上記第１角速度および上記第２角速度は、大きさが同一であり且つ向きが反対となっている。

本発明の第２の局面に基づく光学式測定装置は、上記第１の局面に基づく光学式測定装置において、上記固定体は、外形が円形状の第１円形部を有している。上記回転体は、外形が円形状の第２円形部を有している。上記第１円形部と上記第２円形部とは同径となっている。そして、当該光学式測定装置は、上記第１円形部の外周面および上記第２円形部の外周面を取り囲む環状のベルト部材をさらに備えている。

本発明の第３の局面に基づく光学式測定装置は、上記第１の局面に基づく光学式測定装置において、上記固定体は、歯車状に形成された第１歯車部を有している。上記回転体は、上記第１歯車部と同径の歯車状に形成された第２歯車部を有している。そして、当該光学式測定装置は、上記第１歯車部および上記第２歯車部の間に配置される歯車をさらに備えている。

本発明の第４の局面に基づく光学式測定装置は、上記第１から上記第３のいずれかの局面に基づく光学式測定装置において、上記回転体が上記固定体を中心に所定の角度だけ公転する毎に、上記回転体の公転方向は逆向きになるよう構成されている。

本発明によれば、円周上に沿うように配置された測定対象物の特性を光ファイバを用いて測定する際に、光ファイバにねじれが発生することを抑制することによって、より高い精度で測定対象物の特性を測定することができる光学式測定装置を得ることができる。

実施の形態１（および実施の形態１の他の構成）における光学式測定装置を示す第１斜視図である。 実施の形態１における光学式測定装置を示す第２斜視図である。 実施の形態１における光学式測定装置を示す平面図である。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線に関する矢視断面図である。 実施の形態１における光学式測定装置の光ファイバの先端部を示す底面図である。 実施の形態１における光学式測定装置の第１の回転状態を示す平面図である。 実施の形態１における光学式測定装置の第２の回転状態を示す平面図である。 実施の形態１における光学式測定装置の第３の回転状態を示す平面図である。 実施の形態１における光学式測定装置の第４の回転状態を示す平面図である。 実施の形態１のさらに他の構成における光ファイバの第１の例を示す底面図である。 実施の形態１のさらに他の構成における光ファイバの第２の例を示す底面図である。 実施の形態１のさらに他の構成における光ファイバの第３の例を示す底面図である。 実施の形態１のさらに他の構成における光ファイバの第４の例を示す底面図である。 実施の形態２における光学式測定装置を示す平面図である。 図１４におけるＸＶ−ＸＶ線に関する矢視断面図である。 実施の形態２の他の構成における光学式測定装置を示す平面図である。 図１６におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に関する矢視断面図である。 実施の形態２のさらに他の構成における光学式測定装置を示す平面図である。 図１８におけるＸＩＸ−ＸＩＸ線に関する矢視断面図である。 実施の形態３における光学式測定装置を示す断面図である。 実施の形態３の他の形態における光学式測定装置を示す断面図である。 実施の形態３のさらに他の形態における光学式測定装置を示す断面図である。

本発明に基づいた各実施の形態における光学式測定装置について、以下、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数および量などに限定されない。以下の説明において、同一の部品および相当部品に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。特に制限が無い限り、下記に示す各実施の形態に示す構成を適宜組み合わせて用いることは、当初から予定されている。

［実施の形態１］
（光学式測定装置１Ａの構成）
図１〜図５を参照して、本実施の形態における光学式測定装置１Ａの構成について説明する。図１は、光学式測定装置１Ａの上方側を示す斜視図である。図２は、光学式測定装置１Ａの下方側を示す斜視図である。図３は、光学式測定装置１Ａの上方側を示す平面図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に関する矢視断面図である。図５は、光学式測定装置１Ａにおける光ファイバ４０の先端部４２を示す底面図である。

図１および図２を参照して、光学式測定装置１Ａは、回転駆動装置１０、歯車１２，３２、歯付ベルト部材２０、支持軸３１（回転軸）、光ファイバ４０、ベルト部材６０（図２参照）、プーリ５４（固定体）、プーリ７４（回転体）、発振器１５、および検出器１６を備えている。

歯車１２は、回転軸１１によって支持されている。歯車１２は、回転軸１１を通して回転駆動装置１０から回転動力を受ける。歯車１２は、矢印ＡＲ１２方向およびその反対方向に、回転軸１１とともに回転可能となっている。

歯付ベルト部材２０は、環状に構成され、内周面２１に凹凸が形成されている。当該凹凸は、歯車１２の歯車状に形成された外周面１３の形状、および歯車３２の歯車状に形成された外周面３３の形状に対応している。歯付ベルト部材２０は、外周面１３，３３を取り囲むように外周面１３，３３に巻回されている。歯付ベルト部材２０は、歯車１２から動力を受け、矢印ＡＲ２０方向およびその反対方向に回転可能となっている。

図３および図４を参照して、支持軸３１は所定のフレーム（図示せず）によって固定支持されている。プーリ５４は、支持軸３１の、長手方向（図４紙面上下方向）における所定の高さ位置に固定して取り付けられている。プーリ５４は、外形が円形状の円形部５４ａ（第１円形部）を有している。歯車３２は、プーリ５４の上方において、プーリ５４と同軸上に配置されている。

歯車３２と支持軸３１との間には、ベアリング５０が設けられている。ベアリング５０によって、歯車３２は支持軸３１周りに回転可能に支持されている。歯車３２は、歯付ベルト部材２０から動力を受け、矢印ＡＲ３２ａ方向およびその反対方向（図１におけるＡＲ３２ｂ方向）に回転可能となっている。歯車３２が回転するとき、支持軸３１およびプーリ５４は回転しない。

光ファイバ４０の一端（図４紙面上方側）は、発振器１５（図１参照）および検出器１６（図１参照）に接続されている。光ファイバ４０の他端側（図４紙面下方側）は、支持軸３１と離間した位置において歯車３２の一部を貫通している。歯車３２と光ファイバ４０との間には、ベアリング７０が設けられている。

ベアリング７０によって、光ファイバ４０は歯車３２に回転可能に支持されている。ベアリング７０によって、光ファイバ４０は歯車３２に対して矢印ＡＲ４０方向（図１参照）およびその反対方向に回転（自転）可能となっている。

歯車３２の下面側に位置する光ファイバ４０の先端側には、プーリ７４が光ファイバ４０と同軸上に光ファイバ４０に取り付けられている。プーリ７４と光ファイバ４０とは、一体的に回転（自転）可能となっている。さらに、プーリ７４と光ファイバ４０とは、歯車３２が支持軸３１周りに回転することによって、支持軸３１周りに一体的に回転（公転）可能となっている。

図４に示すように、プーリ７４は、プーリ５４と略同一高さに位置している。プーリ７４は、外形が円形状の円形部７４ａ（第２円形部）を有している。プーリ５４の円形部５４ａおよびプーリ７４の円形部７４ａは、直径が同一に構成されている。ベルト部材６０は、円形部５４ａの外周面および円形部７４ａの外周面を取り囲むように、これらに巻回されている。

図５を参照して、光ファイバ４０の先端部４２には、投光用ファイバ９１と、受光用ファイバ９２とが複数露出するように設けられている。光学式測定装置１Ａにおける光ファイバ４０は、１２本の投光用ファイバ９１が正六角形状に配列され、その内側を埋めるように７本の受光用ファイバ９２が配置されている。光学式測定装置１Ａにおいては、投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２は、点対称に配列されている。

図１および図４を参照して、以上のように構成された光学式測定装置１Ａに対して、歯車３２の下方に測定対象ユニット１００が配置される。測定対象ユニット１００の表面には、測定対象物１０１が円周上に沿うように複数配置されている。各測定対象物１０１は、回転（公転）する光ファイバ４０（の先端部４２）に対向するように配置されている。

（光学式測定装置１Ａの動作）
図６〜図９を参照して、光学式測定装置１Ａの動作について説明する。図６は、光学式測定装置１Ａの第１の回転状態を示す平面図である。図７は、光学式測定装置１Ａの第２の回転状態を示す平面図である。図８は、光学式測定装置１Ａの第３の回転状態を示す平面図である。図９は、光学式測定装置１Ａの第４の回転状態を示す平面図である。

図６を参照して、第１の回転状態において、歯車１２が矢印ＡＲ１２方向に回転する。歯付ベルト部材２０は矢印ＡＲ２０方向に回転する。歯車３２は矢印ＡＲ３２ａ方向に回転する。このとき、歯車３２は矢印ＡＲ３２ａ方向に、時間Ｔの間に角度θ（たとえば９０°）だけ回転したとする。

歯車３２の回転に伴って、プーリ７４は、プーリ５４を中心に角度θだけ公転する。プーリ７４は、第１角速度Ｒ１（＝角度θ／時間Ｔ）で矢印ＡＲ３２ａ方向に公転する。このとき、歯車３２が回転してもプーリ５４は回転しない。

プーリ７４が矢印ＡＲ３２ａ方向に公転することに伴って、プーリ７４は矢印ＡＲ７４ｂ方向（矢印ＡＲ７４ａ方向とは反対方向）に回転（自転）しようとする。換言すると、プーリ７４の回転方向における絶対的な位相が変化しようとする。

ベルト部材６０は、固定配置されているプーリ５４に巻回されている。プーリ７４の回転方向における絶対的な位相が変化しようとしていることに対して、ベルト部材６０は、プーリ７４（の外周面）を矢印ＡＲ６０方向に回転させるように作用する。その結果、プーリ７４は、プーリ７４が矢印ＡＲ３２ａ方向に公転することに伴って、矢印ＡＲ７４ａ方向に第２角速度Ｒ２で回転（自転）する。第１角速度Ｒ１および第２角速度Ｒ２は向きが反対となっている。

光学式測定装置１Ａにおいては、円形部５４ａおよび円形部７４ａは直径が同一に構成されているため、第１角速度Ｒ１および第２角速度Ｒ２は、大きさ（速度分配）が同一となっている。歯車３２が矢印ＡＲ３２ａ方向に時間Ｔの間に角度θだけ回転したとき、プーリ７４は歯車３２に対して矢印ＡＲ７４ａ方向に時間Ｔの間に角度（−θ）だけ回転する。ベルト部材６０は、プーリ７４に対して、プーリ７４の回転方向における絶対的な位相の変化を相殺するように作用している。

図７における第２の回転状態に示すように、基準位置Ｍ（説明の便宜上付している）の位置は、図６における第１の回転状態から変化していない。換言すると、基準位置Ｍの回転方向における絶対的な位相は、歯車３２が角度θだけ回転する前後において変化しておらず、常に紙面最も右側に位置している。

歯車３２が回転したとしても、プーリ７４における絶対的な位相が変化しないため、光ファイバ４０は回転（自転）することがない。光学式測定装置１Ａによると、光ファイバ４０にねじれが生じることが抑制されている。

図７における第２の回転状態において、さらに歯車３２が角度θ（９０°）だけ回転したとする。光ファイバ４０は、支持軸３１周りに、矢印ＡＲ３２ａに示す方向に角度θだけさらに公転する。

図８における第３の回転状態に示すように、基準位置Ｍの位置は、図７における第２の回転状態から変化していない。基準位置Ｍの回転方向における絶対的な位相は、常に紙面最も右側に位置している。歯車３２が角度θだけ回転する前後において、光ファイバ４０にねじれは生じていない。

同様に、図８における第３の回転状態において、さらに歯車３２が角度θ（９０°）だけ回転したとする。光ファイバ４０は、支持軸３１周りに、矢印ＡＲ３２ａに示す方向に角度θだけさらに公転する。

図９における第４の回転状態に示すように、基準位置Ｍの位置は、図８における第３の回転状態から変化していない。基準位置Ｍの回転方向における絶対的な位相は、常に紙面最も右側に位置している。歯車３２が角度θだけ回転する前後において、光ファイバ４０にねじれは生じていない。

光学式測定装置１Ａによれば、光ファイバ４０が支持軸３１周りに複数回公転したとしても、光ファイバ４０にねじれが生じることはない。

光ファイバ４０にねじれが生じないため、投光用ファイバ９１内を導光する検出光４８ａ（図４参照）および受光用ファイバ９２内を導光する反射光４８ｂへの影響が防止されている。発振器１５において生成された所望の設定条件に基づく検出光４８ａは、当該設定条件を維持した状態で、投光用ファイバ９１によって導光され、測定対象物１０１（図４参照）に投光される。測定対象物１０１からの反射光４８ｂは、受光用ファイバ９２によって受光され、測定対象物１０１の特性を示すスペクトル等（光バランス）を維持した状態で、検出器１６（図１参照）にまで導光される。

光学式測定装置１Ａによれば、円周上に沿うように配置された測定対象物の特性を光ファイバ４０を用いて測定する際に、光ファイバ４０にねじれが発生することがないため、検出光４８ａおよび反射光４８ｂの（スペクトル等の）特性が変化しない。光学式測定装置１Ａによれば、より高い精度で測定対象物の特性（測光データ）を測定することが可能となっている。光学式測定装置１Ａによれば、光ファイバ４０にねじれが生じないため、光ファイバ４０の長寿命化をも図ることも可能となっている。

なお、光学式測定装置１Ａにおいては、歯車１２および歯車３２がプーリ状に構成され、且つ歯付ベルト部材２０が凹凸を有さないゴムベルト状に構成されていてもよい。プーリ５４およびプーリ７４が歯車状に構成され、且つベルト部材６０が歯付ベルト状に構成されていてもよい。

［実施の形態１の他の構成］
上述の実施の形態１においては、回転駆動装置１０からの回転動力を受けて、光ファイバ４０（プーリ７４）が支持軸３１（プーリ５４）周りに矢印ＡＲ３２ａ方向に複数回公転するという態様に基づき説明した。

図１を参照して、光ファイバ４０（プーリ７４）は、支持軸３１（プーリ５４）を中心に１回公転する毎に、その回転方向が逆向きになるように構成されていてもよい。換言すると、光ファイバ４０が矢印ＡＲ３２ａ方向に１回公転した後、光ファイバ４０はその回転方向を反転させ矢印ＡＲ３２ｂ方向に１回公転する。光ファイバ４０は、この回転および反転動作を複数回繰り返すように構成されていてもよい。

光ファイバ４０が、上記の回転動作および反転動作を複数回繰り返すように構成されている場合ついて、光ファイバ４０の回転角度は３６０°に限られない。光ファイバ４０がたとえば矢印ＡＲ３２ａ方向に１８０°だけ回転した後、光ファイバ４０はその回転方向を反転させ、再び矢印ＡＲ３２ｂ方向に１８０°だけ回転する。光ファイバ４０は、このような回転動作および反転動作を複数回繰り返すように構成されていてもよい。

回転角度についても、１８０°に限られず、１２０°であってもよいし、９０°であってもよいし、任意の角度を採用することができる。回転角度については、測定対象ユニット１００表面における複数の測定対象物１０１の配置位置に対応するように決定されるとよい。また、複数の測定対象物１０１のうち、一部の測定対象物１０１のみを測定するように、上記の回転角度が決定されてもよい。たとえば、測定対象ユニット１００上に１０個の測定対象物１０１が円周上に並んで載置されている場合、１０個のうち隣接する３個のみの測定対象物に対して測定するように上記の回転角度が決定されてもよく、離間した３個のみの測定対象物に対して間欠的に測定するように上記の回転角度が決定されてもよい。

回転動作および反転動作が実施される回数については、１回（１方向へ）の回転動作（３６０°、１８０°、１２０°等）が１つの測定対象ユニット１００に対して実施され、測定対象ユニット１００が他の測定対象ユニット１００に交換された後、１回（上記１方向とは反対の方向へ）の反転動作（−３６０°、−１８０°、−１２０°等）が当該他の測定対象ユニット１００に対して実施されるように構成されてもよい。測定方法に応じて、１つの測定対象ユニット１００に対して、回転動作および反転動作の実施される回数が決定されるとよい。

［実施の形態１のさらに他の構成］
上述の実施の形態１においては、光ファイバ４０の投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２は、点対称に配列されているという態様に基づき説明した。投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２は、非点対称に配列されていてもよい。

たとえば図１０に示す光ファイバ４０Ａのように、１１本の投光用ファイバ９１と、８本の受光用ファイバ９２とが線対称に配列されていてもよい。光ファイバ４０Ａにおいては、投光用ファイバ９１が、正六角形の頂点上に６本、その内側に直線状に３本、その直線状の両側に２本配列されている。受光用ファイバ９２は、正六角形の辺部上に６本、その内側に２本配列されている。

光ファイバ４０Ａのように、投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２が線対称に配列されている場合、光ファイバ４０Ａが回転しない（ねじれが生じない）ことによって、より高い精度で測定対象物の特性（測光データ）を測定することが可能となる。これは、次述する光ファイバ４０Ｂ〜４０Ｄについても同様である。なお、投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２が非対称に配列されている場合であっても、光ファイバ４０Ａが回転しない（ねじれが生じない）ことによって、より高い精度で測定対象物の特性（測光データ）を測定することが可能となる。

図１１に示す光ファイバ４０Ｂのように、８本の投光用ファイバ９１と、１１本の受光用ファイバ９２とが線対称に配列されていてもよい。光ファイバ４０Ｂにおいては、３本の受光用ファイバ９２が直線状に配列され、これに隣接して４本の投光用ファイバ９１が直線状に配列され、これに隣接して５本の受光用ファイバ９２が直線状に配列されている。そして、この５本の受光用ファイバ９２を挟んで、投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２が左右対称に構成されている。

図１２に示す光ファイバ４０Ｃのように、８本の投光用ファイバ９１と、８本の受光用ファイバ９２とが線対称に配列されていてもよい。光ファイバ４０Ｃにおいては、投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２が、四角形状内において千鳥状に配列されている。

図１３に示す光ファイバ４０Ｄのように、８本の投光用ファイバ９１と、８本の受光用ファイバ９２とが線対称に配列されていてもよい。光ファイバ４０Ｄにおいては、４本の直線状に配列された投光用ファイバ９１と、４本の直線状に配列された受光用ファイバ９２とが、４角形状内において交互に並ぶように配列されている。

光ファイバ４０Ａ〜４０Ｄのように、投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２が線対称に配列されている場合であっても、光ファイバ４０Ａ〜４０Ｄが回転しない（ねじれが生じない）ことによって、より高い精度で測定対象物の特性（測光データ）を測定することが可能となる。投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２が非対称に配列されている場合であっても、光ファイバ４０Ａ〜４０Ｄが回転しない（ねじれが生じない）ことによって、より高い精度で測定対象物の特性（測光データ）を測定することが可能となる。

［実施の形態２］
（光学式測定装置１Ｂの構成）
図１４および図１５を参照して、本実施の形態における光学式測定装置１Ｂについて説明する。ここでは、上述の実施の形態１における光学式測定装置１Ａとの相違点について説明する。図１４は、光学式測定装置１Ｂの上方側を示す平面図である。図１５は、図１４におけるＸＶ−ＸＶ線に関する矢視断面図である。

光学式測定装置１Ｂは、上述の実施の形態１の光学式測定装置１Ａにおけるプーリ５４、プーリ７４、およびベルト部材６０の代わりに、歯車５５（固定体）、歯車７５（回転体）、および歯車６１を備えている。

歯車５５は、支持軸３１の、長手方向（図１５紙面上下方向）における所定の高さ位置に固定して取り付けられている。歯車５５は、歯車状に形成された歯車部５５ａ（第１歯車部）を有している。歯車３２は、歯車５５の上方において、歯車５５と同軸上に配置されている。歯車３２が回転するとき、歯車５５は回転しない。

歯車３２の下面側に位置する光ファイバ４０の先端側には、歯車７５が光ファイバ４０と同軸上に光ファイバ４０に取り付けられている。歯車７５と光ファイバ４０とは、一体的に回転（自転）可能となっている。また、歯車７５と光ファイバ４０とは、歯車３２が支持軸３１周りに回転することによって、支持軸３１周りに一体的に回転（公転）可能となっている。

歯車７５は、歯車５５と略同一高さに位置している。歯車７５は、外形が歯車状の歯車部７５ａ（第２歯車部）を有している。歯車５５の歯車部５５ａおよび歯車７５の歯車部７５ａは、直径が同一に構成されている。

歯車６１は、歯車部５５ａの外周面および歯車部７５ａの外周面の形状に対応しており、歯車部５５ａおよび歯車部７５ａの間においてこれらによって回転可能に保持されている。

（光学式測定装置１Ｂの動作）
図１４を参照して、歯車１２が矢印ＡＲ１２方向に回転する。歯付ベルト部材２０は矢印ＡＲ２０方向に回転する。歯車３２は矢印ＡＲ３２ａ方向に回転する。

歯車３２の回転に伴って、歯車７５は、歯車５５を中心に角度θ（第１角速度Ｒ１）だけ矢印ＡＲ３２ａ方向に公転する。このとき、歯車３２が回転しても歯車５５は回転しない。

歯車７５が矢印ＡＲ３２ａ方向に公転することに伴って、歯車７５は矢印ＡＲ７５ｂ方向に回転（自転）しようとする。換言すると、歯車７５の回転方向における絶対的な位相が変化しようとする。

歯車６１は、歯車５５および歯車７５の間においてこれらによって回転可能に保持されている。歯車７５の回転方向における絶対的な位相が変化しようとしていることに対して、歯車６１は、矢印ＡＲ６１方向に自転しつつ、矢印ＡＲ３２ａ方向に公転する。歯車６１は、歯車７５との接触面において歯車７５を矢印ＡＲ７５ａ方向に回転させるように作用する。その結果、歯車７５は、歯車７５が矢印ＡＲ３２ａ方向に公転することに伴って、矢印ＡＲ７５ａ方向に第２角速度Ｒ２で回転（自転）する。第１角速度Ｒ１および第２角速度Ｒ２は向きが反対となっている。

光学式測定装置１Ｂにおいては、歯車部５５ａおよび歯車部７５ａは直径が同一に構成されているため、第１角速度Ｒ１および第２角速度Ｒ２は、大きさ（速度分配）が同一となっている。歯車３２が矢印ＡＲ３２ａ方向に時間Ｔの間に角度θだけ回転したとき、歯車７５は歯車３２に対して矢印ＡＲ７５ａ方向に時間Ｔの間に角度（−θ）だけ回転する。歯車６１は、歯車７５に対して、歯車７５の回転方向における絶対的な位相の変化を相殺するように作用している。

歯車３２が回転したとしても、歯車７５における絶対的な位相が変化しないため、光ファイバ４０は回転（自転）することがない。光学式測定装置１Ｂによっても、光ファイバ４０にねじれが生じることが抑制されている。その結果、上述の実施の形態１における光学式測定装置１Ａと同様の効果を得ることが可能となっている。

上述の実施の形態１の他の構成と同様に、光ファイバ４０が矢印ＡＲ３２ａ方向に１回公転した後、光ファイバ４０はその回転方向を反転させ矢印ＡＲ３２ｂ方向に１回公転し、これらが繰り返されるように構成されていてもよい。上述の実施の形態１のさらに他の構成と同様に、光ファイバ４０は、投光用ファイバ９１と受光用ファイバ９２とが線対称に配列されていてもよい。

［実施の形態２の他の構成］
図１６および図１７を参照して、実施の形態２の他の構成における光学式測定装置１Ｃについて説明する。ここでは、上述の実施の形態１における光学式測定装置１Ａとの相違点について説明する。図１６は、光学式測定装置１Ｃの上方側を示す平面図である。図１７は、図１６におけるＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に関する矢視断面図である。

光学式測定装置１Ｃは、上述の実施の形態１の光学式測定装置１Ａにおける歯車１２、歯車３２、および歯付ベルト部材２０の代わりに、連結部材１２Ａ、および円盤部材３２Ａを備えている。円盤部材３２Ａは、歯車３２と略同様に構成される。円盤部材３２Ａの外周面３３は、歯車状に構成されていなくてもよい。なお、図示上の便宜のため、回転駆動装置１０および回転軸１１については図１７にのみ図示し、図１６には連結部材１２Ａ（の下端部側のみ）を模式的に示している。

光学式測定装置１Ｃにおいては、回転駆動装置１０が円盤部材３２Ａの上方に配置される（図１７参照）。回転駆動装置１０から垂設された回転軸１１は、支持軸３１と同軸上に配置される。回転軸１１の下部に、連結部材１２Ａが取り付けられる。連結部材１２Ａは、回転軸１１を通して回転駆動装置１０から回転動力を受ける。連結部材１２Ａは、矢印ＡＲ１２Ａ方向およびその反対方向に、回転軸１１とともに回転可能となっている。

連結部材１２Ａの下端は環状に構成され、円盤部材３２Ａの上面に連結されている。円盤部材３２Ａは、連結部材１２Ａから動力を受け、矢印ＡＲ３２Ａａ方向およびその反対方向に回転可能となっている。

光学式測定装置１Ｃのように、光ファイバ４０を支持する円盤部材３２Ａに、回転駆動装置１０からの動力が直接伝達されるような構成（ベルト部材６０などを介さないで動力が伝達されるような構成）であっても、上述の実施の形態１における光学式測定装置１Ａと同様の作用効果を得ることができる。光ファイバ４０が支持軸３１周りに複数回公転したとしても、光ファイバ４０にねじれが生じることはない。また、光学式測定装置１Ｃによれば、平面方向の省スペース化を図ることも可能となっている。

［実施の形態２のさらに他の構成］
図１８および図１９を参照して、実施の形態２のさらに他の構成における光学式測定装置１Ｄについて説明する。ここでは、上述の実施の形態１における光学式測定装置１Ａとの相違点について説明する。図１８は、光学式測定装置１Ｄの上方側を示す平面図である。図１９は、図１８におけるＸＩＸ−ＸＩＸ線に関する矢視断面図である。

光学式測定装置１Ｄは、上述の実施の形態１の光学式測定装置１Ａにおける歯車１２、歯車３２、および歯付ベルト部材２０の代わりに、歯車１２Ｂ、および歯車３２Ｂを備えている。歯車１２Ｂの外周面１３に形成された歯車部１２Ｂａは、歯車３２Ｂの外周面３３に形成された歯車部３２Ｂａに対応している。歯車１２Ｂおよび歯車３２Ｂは、歯車部１２Ｂａおよび歯車部３２Ｂａが相互に噛み合うように配置されている。

歯車１２Ｂは、回転軸１１を通して回転駆動装置１０から回転動力を受ける。歯車１２Ｂは、矢印ＡＲ１２Ｂ方向およびその反対方向に、回転軸１１とともに回転可能となっている。歯車３２Ｂは、歯車１２Ｂから動力を受け、矢印ＡＲ３２Ｂａ方向およびその反対方向に回転可能となっている。

光学式測定装置１Ｄによれば、上述の実施の形態１における光学式測定装置１Ａと同様に、光ファイバ４０が支持軸３１周りに複数回公転したとしても、光ファイバ４０にねじれが生じることはない。光学式測定装置１Ｄによれば、平面方向の省スペース化を図ることも可能となっている。

［実施の形態３］
図２０を参照して、本実施の形態における光学式測定装置１Ｅについて説明する。ここでは、上述の実施の形態１における光学式測定装置１Ａとの相違点について説明する。

光学式測定装置１Ｅにおいては、プーリ７４が、光ファイバ４０の先端部４２側に向かって（測定対象ユニット１００に近づくように）延在している。プーリ７４の内部は中空に形成され、プーリ７４の下端側には、偏光素子８０が設けられている。偏光素子８０は、レンズ部８１と、筐体８２と、偏光フィルタ８３（偏光プリズム）とから構成されている。

光ファイバ４０の投光用ファイバ９１から投光された検出光４８ａは、レンズ部８１を通過するとともに、偏光フィルタ８３において特定の波長に偏光される。検出光４８ａは、偏光された状態で測定対象物１０１に投光される。測定対象物１０１からの反射光４８ｂは、再び偏光素子８０を通過して受光用ファイバ９２によって検出器１６（図１参照）まで導光される。

光学式測定装置１Ｅのように、プーリ７４と一体的に偏光素子８０を設けることによって、光ファイバ４０にねじれが生じないことに加え、光ファイバ４０と偏光素子８０との回転方向における相対的な位置関係も変化しない。光学式測定装置１Ｅによれば、偏光素子８０を用いる場合であっても、より高い精度で測定対象物の特性（測光データ）を測定することが可能となっている。

［実施の形態３の他の構成］
図２１を参照して、実施の形態３の他の構成における光学式測定装置１Ｆについて説明する。ここでは、上述の実施の形態１における光学式測定装置１Ａとの相違点について説明する。

光学式測定装置１Ｆにおいては、プーリ７４が、光ファイバ４０の先端部４２側に向かって（測定対象ユニット１００に近づくように）延在している。プーリ７４の内部は中空に形成され、プーリ７４の下端側には、集光レンズ８５が設けられている。

光ファイバ４０の投光用ファイバ９１から投光された検出光４８ａは、集光レンズ８５を通過するとともに、集光された状態で測定対象物１０１に投光される。測定対象物１０１からの反射光４８ｂは、再び集光レンズ８５を通過して受光用ファイバ９２によって検出器１６（図１参照）まで導光される。

光学式測定装置１Ｆのように、プーリ７４と一体的に集光レンズ８５を設けることによって、光ファイバ４０にねじれが生じないことに加え、光ファイバ４０と集光レンズ８５との回転方向における相対的な位置関係も変化しない。光学式測定装置１Ｆによれば、集光レンズ８５を用いる場合であっても、より高い精度で測定対象物の特性（測光データ）を測定することが可能となっている。

［実施の形態３のさらに他の構成］
図２２を参照して、実施の形態３のさらに他の構成における光学式測定装置１Ｇについて説明する。ここでは、上述の実施の形態１における光学式測定装置１Ａとの相違点について説明する。

光学式測定装置１Ｇにおいては、光ファイバ４０の下端部４０ａが中空径大に構成され、下端部４０ａの内部に投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２が配設されている。投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２は、下端部４０ａに設けられた開口部７９からそれぞれ露出している。投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２は、測定対象物１０１の近傍まで延びている。

光ファイバ４０の投光用ファイバ９１から投光された検出光４８ａは、下端部４０ａの内部を通過するとともに、測定対象物１０１の近傍から測定対象物１０１に投光される。測定対象物１０１からの反射光４８ｂは、再び下端部４０ａを通過して受光用ファイバ９２によって検出器１６（図１参照）まで導光される。

光学式測定装置１Ｇのように、光ファイバ４０を測定対象物１０１の近傍にまで延在させるという構成であっても、光ファイバ４０にねじれが生じない。光学式測定装置１Ｇによれば、投光用ファイバ９１および受光用ファイバ９２を測定対象物１０１に近接配置させる場合であっても、より高い精度で測定対象物の特性（測光データ）を測定することが可能となっている。

以上、本発明の発明を実施するための各実施の形態について説明したが、今回開示された各実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１Ａ〜１Ｇ 光学式測定装置、１０ 回転駆動装置、１１ 回転軸、１２，１２Ｂ，３２，３２Ｂ，５５，６１，７５ 歯車、１２Ａ 連結部材、１２Ｂａ，３２Ｂａ，５５ａ，７５ａ 歯車部、１３，３３ 外周面、１５ 発振器、１６ 検出器、２０ 歯付ベルト部材、２１ 内周面、３１ 支持軸、３２Ａ 円盤部材、４０，４０Ａ〜４０Ｄ 光ファイバ、４０ａ 下端部、４２ 先端部、４８ａ 検出光、４８ｂ 反射光、５０，７０ ベアリング、５４，７４ プーリ、５４ａ，７４ａ 円形部、６０ ベルト部材、７９ 開口部、８０ 偏光素子、８１ レンズ部、８２ 筐体、８３ 偏光フィルタ、８５ 集光レンズ、９１ 投光用ファイバ、９２ 受光用ファイバ、１００ 測定対象ユニット、１０１ 測定対象物、Ｒ１ 第１角速度、Ｒ２ 第２角速度、Ｍ 基準位置、θ 角度。

本発明の第１の局面に基づく光学式測定装置は、円周上に沿うように並んで配置された複数の測定対象物の特性を光ファイバを用いて測定する光学式測定装置である。当該光学式測定装置は、固定体と、回転体と、上記光ファイバとを備えている。

上記回転体は、上記固定体を中心に第１角速度で公転しつつ、第２角速度で自転可能となっている。上記光ファイバは、上記回転体によって保持され、複数の上記測定対象物に検出光を投光するとともに上記測定対象物からの反射光を受光する。そして、上記第１角速度および上記第２角速度は、大きさが同一であり且つ向きが反対となっている。上記特性を測定する際には、上記光ファイバの下方に配置された複数の上記測定対象物を固定させた状態で上記光ファイバを複数の上記測定対象物に対して円周方向に沿って相対移動させ、相対移動する上記光ファイバからそれぞれの上記測定対象物に検出光を投光するとともに、それぞれの上記測定対象物からの反射光を上記光ファイバが受光する。当該光学式測定装置は、上記固定体の上方に位置し、上記固定体と同軸上に設けられた回転可能な第１歯車と、上記固定体および上記第１歯車の双方を貫通するように設けられ、上記固定体とは互いに固定されており、上記第１歯車との間に設けられたベアリングを介して上記第１歯車を回転自在に支持している支持軸と、上記第１歯車と水平方向において隣り合うように位置し、上記第１歯車との間に間隔を空けて配置された回転可能な第２歯車と、上記第１歯車の外周面および上記第２歯車の外周面に巻回された歯付ベルト部材と、上記第２歯車に回転動力を付与する回転駆動装置と、をさらに備える。上記回転体は、上記第１歯車の下面側に設けられ、上記光ファイバは、上記支持軸と離間した位置において上記第１歯車および上記回転体を順に貫通するように設けられる。上記光ファイバは、上記回転体とは互いに固定されており、上記第１歯車との間に設けられた他のベアリングを介して上記第１歯車に回転自在に支持されている。

Claims (4)

1. 円周上に沿うように配置された測定対象物の特性を光ファイバを用いて測定する光学式測定装置であって、
   固定体と、
   前記固定体を中心に第１角速度で公転しつつ、第２角速度で自転可能な回転体と、
   前記回転体によって保持され、前記測定対象物に検出光を投光するとともに前記測定対象物からの反射光を受光する前記光ファイバと、を備え、
   前記第１角速度および前記第２角速度は、大きさが同一であり且つ向きが反対である、光学式測定装置。
2. 前記固定体は、外形が円形状の第１円形部を有し、
   前記回転体は、外形が円形状の第２円形部を有し、
   前記第１円形部と前記第２円形部とは同径であり、
   前記第１円形部の外周面および前記第２円形部の外周面を取り囲む環状のベルト部材をさらに備える、
   請求項１に記載の光学式測定装置。
3. 前記固定体は、歯車状に形成された第１歯車部を有し、
   前記回転体は、前記第１歯車部と同径の歯車状に形成された第２歯車部を有し、
   前記第１歯車部および前記第２歯車部の間に配置される歯車をさらに備える、
   請求項１に記載の光学式測定装置。
4. 前記回転体が前記固定体を中心に所定の角度だけ公転する毎に、前記回転体の公転方向は逆向きになる、
   請求項１から３のいずれかに記載の光学式測定装置。

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