JP2017120236A

JP2017120236A - 光照射装置

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Publication number: JP2017120236A
Application number: JP2015257457A
Authority: JP
Inventors: 雄三南雲; Yuzo Nagumo
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2015-12-28
Publication date: 2017-07-06

Abstract

【課題】対象物と光伝送体との間の距離が非常に短くても、対象物に対する光伝送体の位置関係を測定できる光照射装置を提供する。【解決手段】光照射装置２は、第１測定用光源２４１、第２測定用光源２４３、第１電流源２４２及び第２電流源２４４を備える。第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３は、半導体レーザからなる。第１測定用光源２４１には第１電流源２４２が接続され、第２測定用光源２４３には第２電流源２４４が接続される。第１電流源２４２及び第２電流源２４４のそれぞれから、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれに対して発振閾値未満の電流が流される。第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３からは、十分な輝度を有し、波長帯域の広い光が出射される。第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３からの光は、合流された後、光伝送体２１の他端側に導入される。【選択図】図２

Description

本発明は、光伝送体から対象物に対して光を照射し、対象物における反射光、及び、光伝送体の一端における反射光に基づいて、対象物に対する光伝送体の位置関係を測定する光照射装置に関するものである。

従来から、光を利用することにより、対象物までの微小な距離を測定する光照射装置が知られている。光照射装置は、光伝送体と、受光部と、位置測定部とを備えている。光照射装置では、光伝送体の一端から対象物に対して光を照射し、受光部によって、対象物における反射光、及び、光伝送体の一端における反射光を受光する。そして、位置測定部によって、受光部で受光した光に基づいて、対象物に対する光伝送体の位置関係を測定する（例えば、下記特許文献１参照）。

具体的には、この光照射装置では、位置測定部は、受光部の受光量に基づいて干渉スペクトルの強度分布を得る。また、この強度分布には、対象物における反射光と、光伝送体の一端における反射光との干渉により生じる干渉項が含まれる。そして、位置測定部は、この干渉項に基づいて、対象物に対する光伝送体の位置関係を測定する。

特開２０１４−１３１５０号公報

上記のような従来の光照射装置を用いて測定する場合において、対象物に対する光伝送体の位置関係を精度よく測定できない場合がある。具体的には、熱、温度及び振動などの影響により、測定中において、対象物と光伝送体との間の距離が変動することがある。この場合、測定時間を長くすると、位置測定部が得る干渉スペクトルの強度分布における干渉項が変動するため、平均化された干渉項が、本来の干渉項と異なる干渉項になったり、干渉項が消失したりしてしまう。そして、その場合には、対象物に対する光伝送体の位置関係を精度よく測定できないという不具合がある。

そのため、位置測定部によって、数ミリ秒以下の非常に短い時間でデータ取得を行うことが検討される。このようにすれば、位置測定部が得る干渉スペクトルの強度分布において、干渉項が変動することによる悪影響を防ぐことができる。また、この場合には、受光部で受光する光の光量が一定以上必要であるため、光伝送体から輝度の高い光を照射する必要がある。

一方、輝度の高い光源を用いた場合、一般的に波長の帯域が狭くなるため、対象物と光伝送体との間の距離が非常に短くなる場合には、それらの位置関係を測定できないおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、対象物と光伝送体との間の距離が非常に短くても、対象物に対する光伝送体の位置関係を測定できる光照射装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る光照射装置は、光伝送体と、少なくとも２つの光源と、電流源と、合流部と、位置測定用受光部と、位置測定部とを備える。前記光伝送体は、一端から光を出射して対象物を照射する。前記光源は、半導体レーザからなる。前記電流源は、前記各光源に電流を流すことにより、前記各光源から光を出射させる。前記合流部は、前記各光源から出射された光を合流させ、当該合流した光を前記光伝送体の他端側から導入する。前記位置測定用受光部は、前記対象物における反射光、及び、前記光伝送体の一端における反射光を受光する。前記位置測定部は、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。前記電流源は、各光源に対して発振閾値未満の電流を流すことにより、各光源から光を出射させる。

このような構成によれば、各光源は、半導体レーザからなるため、電流源から各光源に対して発振閾値未満の電流を流しても、各光源から測定に必要な輝度を有する光を出射させることができる。
また、電流源は、各光源に対して発振閾値未満の電流を流すため、各光源から、波長帯域の広い光を出射させることができる。
その結果、対象物と光伝送体との距離が非常に短くても、位置測定部によって、対象物に対する光伝送体の位置関係を測定できる。

（２）また、前記光源の少なくとも１つは、スーパールミネッセントダイオード又はレーザダイオードであってもよい。

このような構成によれば、対象物に対する光伝送体の位置関係を測定するのに十分な輝度を有する光を、各光源から出射させることができる。
そのため、非常に短い測定時間（高速での測定）であっても、対象物に対する光伝送体の位置関係を測定でき、対象物に対する光伝送体の位置関係を精度よく測定できる。

（３）また、前記光照射装置は、分析光導入部と、分析用受光部と、をさらに備えてもよい。前記分析光導入部は、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する。前記分析用受光部は、前記分析光に基づく光を受光する。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。

このような構成によれば、対象物に対する光伝送体の位置関係を特定した上で、対象物の分析を良好に行うことができる。
また、分析光は、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。そして、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変化する。そのため、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。

本発明によれば、各光源から、波長帯域の広い光を十分な輝度で出射させることができるため、対象物と光伝送体との間の距離が非常に短くても、対象物に対する光伝送体の位置関係を測定できる。

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。図２の光照射装置において、第１測定用光源及び第２測定用光源に対して発振閾値以上の電流を流した場合における光の強度分布を示した図である。図２の光照射装置において、第１測定用光源及び第２測定用光源に対して発振閾値未満の電流を流した場合における光の強度分布を示した図である。図２の光照射装置において、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。図２の光照射装置の位置測定部が得る干渉スペクトルの強度分布を示した図である。図５Ａの干渉スペクトルの強度分布から抽出した干渉項を示した図である。光照射装置の変形例を示した概略図である。

１．光照射装置による光の照射の対象物
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。

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。

ＭＥＡ１１は、電解質膜１１１、燃料極１１３及び空気極１１２を備えている。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。

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。

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。

本実施形態では、詳しくは後述するが、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。

このような構成を用いることにより、例えば空気極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

２．光照射装置の全体構成
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、分析光導入部２２と、蛍光検出器２３と、位置測定光導入部２４と、分光器２５と、位置測定用受光部２６と、位置測定部２７と、照射位置移動機構２８と、切替機構２９とを備えている。
分析光導入部２２は、励起用光源２２１、及び、ビームスプリッタ２２２、２２３を備えている。
励起用光源２２１は、燃料電池１を分析するための分析光を出射する光源である。

ビームスプリッタ２２２、２２３は、光路において、励起用光源２２１と光伝送体２１の他端との間に配置されている。詳しくは、ビームスプリッタ２２２は、励起用光源２２１側に配置されており、ビームスプリッタ２２３は、光伝送体２１の他端側に配置されている。ビームスプリッタ２２２、２２３のそれぞれは、入射する光の一部を反射し、残りの光を透過するように構成されている。また、光路におけるビームスプリッタ２２２、２２３と光伝送体２１の他端との間には、レンズ４０が配置されている。

蛍光検出器２３は、光路において、ビームスプリッタ２２２、２２３をはさんで、光伝送体２１の他端側と反対側に配置されている。蛍光検出器２３は、分析用受光部の一例である。

位置測定光導入部２４は、第１測定用光源２４１と、第１電流源２４２と、第２測定用光源２４３と、第２電流源２４４と、ミラー２４５と、ビームスプリッタ２４６とを備えている。

第１測定用光源２４１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ための位置測定光を出射する光源であって、半導体レーザからなる。具体的には、第１測定用光源２４１として、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode：低コヒーレンス光源）、又は、ＬＤ(Laser Diode)を用いることができる。

第１電流源２４２は、第１測定用光源２４１と電気的に接続されている。第１電流源２４２は、第１測定用光源２４１に対して発振閾値未満の電流を流すように構成されている。なお、発振閾値とは、半導体レーザがレーザ発振可能な最小の電流値を意味している。

第２測定用光源２４３は、第１測定用光源２４１と異なる波長の光を出射する。第２測定用光源２４３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ための位置測定光を出射する光源であって、半導体レーザからなる。具体的には、第２測定用光源２４３として、例えばＳＬＤ（Super Luminescent Diode：低コヒーレンス光源）、又は、ＬＤ(Laser Diode)を用いることができる。

第２電流源２４４は、第２測定用光源２４３と電気的に接続されている。第２電流源２４４は、第２測定用光源２４３に対して発振閾値未満の電流を流すように構成されている。
ミラー２４５は、光路において、第１測定用光源２４１と光伝送体２１の他端との間に配置されている。

ビームスプリッタ２４６は、光路において、ミラー２４５と光伝送体２１の他端との間に配置されており、かつ、第２測定用光源２４３と光伝送体２１の他端との間に配置されている。ビームスプリッタ２４６は、ビームスプリッタ２２２、２２３と同様の構成である。なお、ミラー２４５及びビームスプリッタ２４６が、合流部の一例を構成している。

分光器２５は、例えば回折格子などにより構成される。分光器２５は、入射する光を波長ごとに分光し、当該分光した光を位置測定用受光部２６に向けて出射（反射）する。また、光路において、分光器２５と光伝送体２１の他端との間には、ビームスプリッタ３０が配置されている。ビームスプリッタ３０は、ビームスプリッタ２２２、２２３、２４６と同様の構成である。

位置測定用受光部２６は、分光器２５と間隔を隔てて配置されている。位置測定用受光部２６は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）ラインセンサなどにより構成される。

位置測定部２７は、位置測定用受光部２６と電気的に接続されている。位置測定部２７は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成することができる。なお、位置測定部２７は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、各種機能部として機能するようになっていてもよい。

光伝送体２１は、照射位置移動機構２８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２８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。

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。

切替機構２９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機構である。切替機構２９は、切替部２９１と、切替部２８２とを備えている。

切替部２９１は、図示しない電流源を介して励起用光源２２１と電気的に接続されている。切替部２９１は、励起用光源２２１に対する通電状態をオン状態又はオフ状態に切り替えるように構成されている。

切替部２９２は、第１電流源２４２及び第２電流源２４４と電気的に接続されている。切替部２９２は、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３に対する通電状態をオン状態又はオフ状態に切り替えるように構成されている。

すなわち、切替部２９１、２９２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。

ただし、切替機構２９は、上記のような切替部２９１、２９２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２９を省略することも可能である。

光照射装置２では、励起用光源２２１からの分析光は、ビームスプリッタ２２２、２２３において反射された後、レンズ４０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。そして、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４０を介してビームスプリッタ２２３に入射し、当該ビームスプリッタ２２３で反射された後、ビームスプリッタ２２２を透過して蛍光検出器２９により受光される。

一方、第１測定用光源２４１からの位置測定光は、ミラー２４５で反射された後、さらに、ビームスプリッタ２４６で反射されて、光伝送体２１に向かう。第２測定用光源２４３からの位置測定光は、ビームスプリッタ２４６を透過して光伝送体２１に向かう。そして、第１測定用光源２４１からの位置測定光、及び、第２測定用光源２４３からの位置測定光は、合流されて光伝送体２１の他端側に導入される。また、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４０を介してビームスプリッタ２２３に入射し、当該ビームスプリッタ２２３を透過した後、ビームスプリッタ３０で反射されて分光器２５に入射する。

そして、分光器２５で分光された波長ごとの光が、位置測定用受光部２６で受光される。当該位置測定用受光部２６における受光量のデータは位置測定部２７に入力され、当該位置測定部２７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。

３．第１測定用光源及び第２測定用光源から出射される光
図３Ａは、図２の光照射装置２において、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３に対して発振閾値以上の電流を流した場合における光の強度分布を示した図である。図３Ｂは、図２の光照射装置２において、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３に対して発振閾値未満の電流を流した場合における光の強度分布を示した図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂのそれぞれでは、横軸が波長を表し、縦軸が光の強度を表している。

図３Ａでは、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれに対して、第１電流源２４２及び第２電流源２４４のそれぞれから発振閾値以上の電流を流すと、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれから強度の大きい光が出射される一方で、その光の波長の帯域が小さくなることが示されている。この場合、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３は、連続光源とみなすことができない。

対して、図３Ｂでは、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれに対して、第１電流源２４２及び第２電流源２４４のそれぞれから発振閾値未満の電流を流すと、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれから、波長の帯域が大きく、かつ、一定以上の強度（一定以上の輝度）を有する光が出射されることが示されている。この例では、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３を、１０〜２０ｎｍの波長帯域を持った連続光源とみなすことができる。この場合であっても、輝度は通常のハロゲンランプに比べて高く、高速なデータ取得が可能である。
なお、本実施形態では、具体的には、第１電流源２４２が第１測定用光源２４１に流す電流、及び、第２電流源２４４が第２測定用光源２４３に流す電流は、発振閾値の２０％以上、１００％未満の電流であり、好ましくは、発振閾値の５０％以上、９０％未満の電流である。

４．光伝送体からの光
図４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。

光照射装置２では、照射位置移動機構２８（図２参照）によって、燃料電池１に対する光伝送体２１の相対位置がＺ方向又はＸＹ方向に適宜移動される。そして、光伝送体２１の一端が、貫通孔１３内に配置される。

上述したように、１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれには、第１電流源２４２及び第２電流源２４４から発振閾値未満の電流が流される。そして、第１測定用光源２４１から出射される位置測定光、及び、第２測定用光源２４３から出射される位置測定光は、合流された後、光伝送体２１の他端側に導入される。
なお、このとき、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３からは、互いに異なる波長の光が出射される。

そして、光伝送体２１の一端からは、合流された後の位置測定光が照射される。光伝送体２１の一端から位置測定光を照射する際には、図４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４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。

これらの反射光２１１、２１２は、図２に示すように、光伝送体２１を通って分光器２５に入射した後、位置測定用受光部２６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２６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（図４参照）、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。

本実施形態において、位置測定部２７は、位置測定用受光部２６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。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、位置測定部２７は、位置測定用受光部２６での受光量に基づいて、干渉スペクトルの強度分布を得る。

図５Ａは、光照射装置２の位置測定部２７が得る干渉スペクトルの強度分布を示した図である。なお、図５Ａでは、横軸が波数を表し、縦軸が光の強度を表している。この例では、第１測定用光源２４１から７８０ｎｍの波長の光が出射され、第２測定用光源２４３から８３０ｎｍの波長の光が出射される場合について説明する。

図５Ａでは、光伝送体２１から燃料電池１に対して、第１測定用光源２４１から出射される位置測定光と、第２測定用光源２４３から出射される位置測定光とが合流した後の位置測定光を照射した結果、波長の帯域の広い連続光と同様の強度分布が得られることが示されている。
具体的には、位置測定部２７は、下記式（１）に表す干渉スペクトルの強度分布を得る。
Ｅ_Ａ ^２＋Ｅ_Ｂ ^２＋Ｅ_ＡＥ_Ｂｃｏｓ（２ｋｄ）・・・（１）
なお、反射光２１２は、下記式（２）で表され、反射光２１１は、下記式（３）で表される。
Ｅ_Ａｅ^{ｉ（ｋｘ−ωｔ＋０）} ・・・（２）
Ｅ_Ｂｅ^{ｉ（ｋｘ−ωｔ＋２ｋｄ）} ・・・（３）

上記式（１）に示すように、位置測定部２７で得られる干渉スペクトルの強度分布には、Ｅ_ＡＥ_Ｂｃｏｓ（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）であり、換言すれは、燃料電池１と光伝送体２１との間の距離である。

前記干渉項に、ｋ＝２π／λを代入すると、Ｅ_ＡＥ_Ｂｃｏｓ（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（４）、（５）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・・・（４）
２ｄ×２π／λ_２＝２π×（ｍ＋１）・・・（５）

これらの式（４）、（５）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（６）で表すことができる。
２ｄ＝１／（１／λ_２−１／λ_１）・・・（６）
したがって、この式（６）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。

図５Ｂは、図５Ａの干渉スペクトルの強度分布から抽出した干渉項を示した図である。図５Ｂでは、距離ｄが１０μｍである場合の干渉項が波形として示されている。
なお、干渉項において、波形の周期Ａは、１／２ｄである。すなわち、高さＡと高さＢの差である距離ｄが小さくなるほど、干渉項における波形の周期Ａは長くなる。したがって、距離ｄが小さいほど、周期Ａの長い干渉縞を測定する必要があり、測定帯域の広い光源が必要となる。

また、図４に示すように、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２３（図２参照）で受光することにより行う。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。

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。

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の動作状態を解析劣化状態を判断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。

５．作用効果
（１）本実施形態では、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれは、半導体レーザからなる。
そのため、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれに対して、第１電流源２４２及び第２電流源２４４のそれぞれから発振閾値未満の電流を流しても、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれから測定に必要な輝度（高速なデータ取得が可能な輝度）を有する光を出射させることができる。

また、第１電流源２４２及び第２電流源２４４のそれぞれは、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれに対して、発振閾値未満の電流を流すため、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれから、波長帯域の広い光を出射させることができる。
そのため、対象物である燃料電池１と光伝送体２１との距離ｄが非常に短くても、位置測定部２７によって、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を測定できる。

（２）また、本実施形態では、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれは、ＳＬＤ又はＬＤから構成される。
そのため、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を測定するのに十分な輝度を有する光を、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３のそれぞれから出射させることができる。

その結果、非常に短い測定時間（高速での測定）であっても、、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を測定でき、燃料電池１に対する光伝送体２１の位置関係を精度よく測定できる。

（３）また、本実施形態では、図２に示すように、光照射装置１は、分析光を光伝送体２１に向けて出射する励起用光源２２１、及び、分析光に基づく蛍光を受光する蛍光検出器２３を備える。また、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。

そのため、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。
また、光伝送体２１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である試薬２１３が塗布されている。

そのため、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。

６．変形例
上記した実施形態では、光照射装置２は、燃料電池を分析するための構成を備えているとして説明したが、光照射装置２は、これらの構成を備えていなくてもよい。具体的には、図６に示すように、光照射装置２は、蛍光検出器２３、励起用光源２２１、ビームスプリッタ２２２、２２３、及び、切替部２９１を備えていない位置測定装置であってもよい。

また、上記した実施形態では、第１測定用光源２４１に第１電流源２４２が接続され、第２測定用光源２４３に第２電流源２４４が接続されるとして説明したが、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３には、同一の電流源が接続されてもよい。

また、上記した実施形態では、第１測定用光源２４１及び第２測定用光源２４３の２つの光源から出射された位置測定光が合流して光伝送体２１に導入されるとして説明したが、光伝送体２１には、すくなくとも２つの光源からの位置測定光が合流されて導入されればよい。例えば、３つ以上の光源から出射された位置測定光が合流して光伝送体２１に導入されてもよい。

２光照射装置
２１光伝送体
２２分析光導入部
２３蛍光検出器
２６位置測定用受光部
２７位置測定部
２２１励起用光源
２４１第１測定用光源
２４２第１電流源
２４３第２測定用光源
２４４第２電流源

Claims

一端から光を出射して対象物を照射する光伝送体と、
半導体レーザからなる少なくとも２つの光源と、
前記各光源に発振閾値未満の電流を流すことにより、前記各光源から光を出射させる電流源と、
前記各光源から出射された光を合流させ、当該合流した光を前記光伝送体の他端側から導入する合流部と、
前記対象物における反射光、及び、前記光伝送体の一端における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ることを特徴とする光照射装置。
前記光源の少なくとも１つは、スーパールミネッセントダイオード又はレーザダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
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する分析光導入部と、
前記分析光に基づく光を受光する分析用受光部とをさらに備え、
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ることを特徴とする請求項１又は２に記載の光照射装置。