JP2002148102A - 液体検出方法及び液体検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 乳白色のような光拡散性材質の容器であって
も、内部の液体を確実に検出できるようにする。 【解決手段】 容器１０の壁部に向けて投光部２２から
光を照射し、その光の照射域から離れた箇所からの拡散
光を受光部２３にて受光し、その拡散光の受光量の変化
に基づき液体の有無を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体の液位や有無
を光学的に検出する液体検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の液体検出装置としては、例えば
特開平８−３２０２４８号公報等に記載のものがある
が、その基本的原理は、いずれも図１２に示すように透
光性の容器の側壁１に投光部２から光を照射し、側壁１
の内側で反射した光を受光する位置に受光部３を設けた
構成である。同図（Ａ）に示すように、投光部２からの
光の照射域に液体が存在しない場合には、側壁１の内側
で光が正反射して受光部３に到達するが、液体が存在す
ると、その正反射率が大きく減少するために、投光部１
からの光の大部分は側壁１を貫通するようになって受光
部３に到達しなくなる。従って、受光部３に入射する光
量を計測することにより、液体の有無を判別できるので
ある。

【０００３】従来の液体検出装置は、このような原理に
よるから、受光部３は投光部１からの正反射光を受け得
る方向に向けて設置されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、容器は必ず
しも透明な材質で構成されているとは限らない。例え
ば、腐食性の液体を収容する場合は、容器には耐腐食性
が高い材質が必要となり、フッ素樹脂が選ばれることが
ある。これは透光性はあるものの、光拡散性が高く、乳
白色を呈している。このような材質の容器の場合には、
従来の光電式の液体検出装置では、投光部から照射され
た光が側壁で周囲に滲むように拡散するため、正反射光
はほとんど得られず、液体の有無を正確に判別できない
という問題があった。

【０００５】そこで、本発明は、内部で光が拡散するよ
うな材質の容器内の液体であっても、確実に検出できる
液体検出装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及びその作用】上記の目的
を達成するための手段として、本発明は、容器の壁部に
向けて光を照射すると共に、その光の照射域から離れた
箇所からの拡散光を受光し、その拡散光の受光量の変化
に基づき液体の有無を検出する構成とした。透光性を有
し、かつ内部で光を拡散させる性質の壁部に光が照射さ
れると、光は内部に進入してあらゆる方向に拡散する。
そのうち一部は壁面に対して反射可能な角度で進入する
ために反射してさらに遠くに進行し、反射不能な角度で
壁面に向かった光は壁面を貫通して外部に突き抜ける。
これを繰り返すために、外部からは光の照射領域を中心
として放射状に光が滲むように見える。ここで、光の照
射側とは反対側の容器の壁部に液体が接すると、壁面で
の内部への反射が激減して壁部から液体内へ突き抜ける
光の量が増大するため、外部から観察される光の滲みは
小さくなる。

【０００７】従って、投光部によって容器の壁部に光を
照射し、容器の内壁によって壁部内へ反射されつつ前記
光の照射域から離れた箇所から拡散反射してくる拡散光
を受光部によって受光し、その拡散光の受光量の変化を
受光量変化手段によって検出すれば、壁部の裏側におけ
る液体の有無を確実に検出することができる。

【０００８】なお、受光部が観察する箇所は、投光部か
らの光の照射域そのものよりも、そこから離れた箇所で
あることが必要である。照射域自体であると、壁部の内
面で反射していない拡散光の量が増えてＳ／Ｎ比が小さ
くなるからである。また、逆に、照射域からあまりに遠
い箇所からの拡散光では、微弱すぎて適切ではない。ど
の程度の距離離れることが好ましいかは、容器壁部の材
質や厚さ寸法等の具体的条件により異なるが、投受光部
がある位置の壁部への液体の接触によって拡散光の入射
量の減少割合が最も多い箇所が好ましいことは勿論であ
る。

【０００９】また、光の照射域またはそこに近い箇所か
らの拡散光を受光する第１の受光部と、この第１の受光
部よりは光の照射域から遠い箇所からの拡散光を受光す
る第２の受光部とを設け、それらの第１及び第２の受光
部による拡散光の各受光量の差または比の変化を受光量
変化検出手段によって検出するようにしてもよい（請求
項３の発明）。この構成によると、第１の受光部に受光
される拡散光には、容器の壁部の状態、すなわち色、汚
れ等の情報が多く含まれ、第２の受光部に受光される拡
散光には、その壁部の状態に関する情報と液体の有無に
ついての情報が含まれることになる。従って、第１の受
光部の受光量を基準として、これと比較して差または比
の変化を観察すれば、容器の壁部の状態変化（変色、汚
れの付着）等を打ち消して液体の有無についての情報だ
けを取り出すことができ、より正確な判断ができる。

【００１０】また、投光部及び第１の受光部は、一方を
光ファイバケーブルの中心に配置された光ファイバから
構成し、他方をその光ファイバの周囲に環状に配置した
複数の光ファイバから構成してもよい（請求項４の発
明）。これにより、全体を小型化できる上に、レンズ等
の光学素子を用いる場合でも、光学素子の部品数を少な
くして安価に製造することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。 ＜第１実施形態＞本発明の第１実施形態を図１ないし図
３によって説明する。図１は例えばフッ素樹脂等の透光
性及び光拡散性を有する材料により形成した容器１０
に、液体検出装置２０を取り付けた状態を示す。この液
体検出装置２０は、図２に示すように、ハウジング２１
内に投光部を構成する投光素子２２と受光部を構成する
受光素子２３とを所定距離だけ離して収容してなり、容
器１０に取り付けた状態で各素子２２，２３の光軸が容
器１０の壁面に対してほぼ垂直に向かうと共に、各素子
２２，２３は容器１０内の液面に沿った方向に横並びと
なる。

【００１２】上記投光素子２２は図３に示すように投光
駆動回路２４によりパルス点灯され、受光素子２３から
の出力信号は受光回路２５により増幅されてコンパレー
タ２６によって所定のレベルＶref と比較され、その比
較結果に基づいて出力回路２７が駆動される。

【００１３】さて、上記構成の作用について説明する。
容器１０内に収容されている液体の液面が液体検出装置
２０の取付位置まで達していないとき、投光素子２２か
ら照射される光は、容器１０の壁部内に進入して内部で
あらゆる方向に拡散する。そのうち一部は壁面に対して
反射可能な角度で進入するために反射してさらに遠くに
進行し、反射不能な角度で壁面に向かった光は壁面を貫
通して外部に突き抜ける。これを繰り返すために、外部
からは光の照射領域を中心として放射状に光が滲むよう
になる（図面上、光の滲み部分を表すために、斜線を交
差させて示している）。このため、投光素子２２からの
光の照射域から離れた箇所からの拡散光の一部は受光素
子２３に入射し、その受光量に応じた受光信号が受光回
路２５で増幅されてコンパレータ２６によって基準電圧
Ｖref と比較される。ここでは、基準電圧Ｖref は、投
受光素子２２，２３の設置高さまで液面が達していない
ときの受光信号のレベルよりも少し低い電圧に設定され
ており、従って出力回路２７は動作しない。

【００１４】ところが、容器１０内の液面が上昇して投
受光素子２２，２３の設置高さにまで達すると、容器１
０の壁部のうち投光素子２２の光の照射領域の裏側が液
体に接するようになるから、図２（Ｂ）に示すように、
壁部の内部における反射が激減して壁部から液体内へ突
き抜ける光の量が増大する。この結果、外部から観察さ
れる光の滲みの範囲は小さくなり、受光素子２３に受光
される拡散光の光量は減少し、受光信号レベルが基準電
圧Ｖref よりも低下してコンパレータ２６ひいては出力
回路２７が動作することになる。このように、本実施形
態では、受光素子２３が投光素子２２からの光が壁部の
内面で反射した正反射光ではなく、拡散光を受光するよ
うに設定してあるから、光拡散性の材料で形成された容
器内の液体でも確実に検出することができる。

【００１５】＜第２実施形態＞図４及び図５は本発明の
第２実施形態を示す。この実施形態では、１個の投光素
子３１に対して第１及び第２の２個の受光素子３２，３
３を配置している。これらの投受光素子３１〜３３はハ
ウジング３４の収容凹部３５〜３７内に取り付けて液面
に対して横並びになるように容器１０に取り付けられ
る。

【００１６】投光素子３１及び第２の受光素子３３の光
軸は壁面に対してほぼ垂直になるようにしてあり、第２
の受光素子３３は投光素子３１からの光の照射領域から
離れた箇所からの拡散光を受光するようになっている。
一方、第１の受光素子３２については、その収容凹部３
６に光路制限部３６Ａが形成してあり、投光素子３１の
光の照射領域からの直接の拡散光を受光するようになっ
ている。

【００１７】電気的構成は図５に示すようであり、投光
素子３１は投光駆動回路３８によりパルス点灯され、第
１の受光素子３２及び第１の受光素子３３からの出力信
号は差動増幅回路３９に入力され、ここで両受光素子３
２，３３からの受光信号の差分が増幅されてコンパレー
タ４０によって所定のレベルＶref と比較され、その比
較結果に基づいて出力回路４１が駆動される。

【００１８】この構成によれば、第１の受光素子３２が
受光する拡散光には、容器１０の壁部の拡散率、色、汚
れ等に起因する情報が多く含まれることになる。一方、
第２の受光素子３３にも同様にそれらの情報は含まれ、
かつ、前記実施形態と同様に容器１０内の液位が投受光
素子３１〜３３の設置高さに達していないときと、達し
たときでは、そのレベルが大きく変化することになる。
従って、両受光素子３２，３３からの受光信号を差動増
幅しているから、容器１０の壁部の拡散率、色、汚れ等
に起因する情報が打ち消され、液位に関する情報だけが
取り出されることになる。この結果、容器１０の内面が
次第に汚れて行く状況のもとでも、或いは容器１０自体
が次第に変色してゆくような状況のもとでも、液位を長
期間に渡って安定して検出することができる。

【００１９】＜第３実施形態＞図６は本発明の第３実施
形態を示す。これは投光部及び受光部を光ファイバを利
用して構成したものである。３本の各光ファイバケーブ
ル５１の先端にネジ付きの口金５２を取り付けてあり、
この口金５２をベース５３の取付孔５３Ａにねじ込んで
固定してある。口金５２の先端側には容器１０の壁面に
向かうノズル部５２Ａが形成してあり、そのノズル部５
２Ａ内に光ファイバケーブル５１の芯線（図示せず）が
固定してある。これらの３本の光ファイバケーブル５１
の芯線のうち、図中左側に位置するものが投光部を構成
し、その隣にあるものが第１の受光部を構成して投光部
の照射領域からの拡散光を直接的に受光するようになっ
ており、少し離れて右側に位置しているものが第２の受
光部を構成して投光部からの光の照射域から離れた箇所
からの拡散光を受光するようになっている。図示はしな
いが、各光ファイバケーブル５１の他端側には投光素子
及び２個の受光素子が設けられており、その電気的構成
は図５に示した第２実施形態と同様である。

【００２０】このような構成によれば、前記第２実施形
態と同様な効果が得られる上に、容器１０の近辺には光
ファイバケーブル５１を配置するだけで、電気回路を除
去できるから、可燃性の液体が容器１０内に収容されて
いる場合でも、安全である。

【００２１】＜他の実施形態＞

【００２２】本発明は上記記述及び図面によって説明し
た実施形態に限定されるものではなく、例えば次のよう
な実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下
記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施
することができる。

【００２３】（１）上記各実施形態では、容器１０の全
体が透光性及び光拡散性を有する材質で形成されている
場合を示したが、これに限らず、例えば容器の大部分が
金属製であってその一部に透光性及び光拡散性の材料で
形成された窓部がある場合にも、その窓部における液位
の検出に利用することができる。

【００２４】（２）上記第２及び第３の実施形態では、
投光部、第１の受光部及び第２の受光部という順序で配
置したが、配置順序はこれに限られず、例えば図７に示
すように、投光部６０の隣に第１の受光部６１を配置
し、その反対側に第２の受光部６２を配置してもよい。
また、図８に示すように、投光部６０と第１の受光部６
１とを横並びに配置し、第２の受光部６２を投光部６０
から離して配置してもよい。このように投受光部をどの
ような配置態様としても、第１の受光部６１は投光部６
０による光の照射域またはそこに近い箇所からの拡散光
を受光し、第２の受光部６２は第１の受光部６１よりは
光の照射域から遠い箇所からの拡散光を受光する構成と
すればよいものである。

【００２５】（３）また、投受光部を光ファイバケーブ
ルを用いて構成する場合、例えば図９のような構成が可
能である。ここで、光ファイバケーブル７０の中心には
径大な光ファイバ７１を配置し、その外周に多数の細い
光ファイバ７２を環状に配置し、最外周を保護ジャケッ
ト７３にて覆う。中心のファイバ７１の端部には投光素
子７４を対向配置して中心のファイバ７１の先端を投光
部とし、外側のファイバ７２の他端は束ねて受光素子７
５を対向配置することでそのファイバ７２の先端を受光
部とする。この場合、電気的構成は図３に示した第１実
施形態と同様となる。このような構成とすれば、１本の
光ファイバケーブル７０で投受光部を構成することがで
き、検出部の構造が極めて簡単になり、レンズ等の光学
系を使用する場合でもその光学系が極めて簡単になる。
なお、上記構成の投受光の関係は逆にしてもよく、すな
わち中心の光ファイバ７１に受光素子７５を対向させ、
その周囲の光ファイバ７２に投光素子７４を対向させて
も良い。

【００２６】（４）さらに、前記第２実施形態の構成を
１本の光ファイバケーブルを使用して実現するには、例
えば図１０の構造が可能である。ここで、光ファイバケ
ーブル８０の中心には径大な光ファイバ８１を配置し、
その外周に多数の細い光ファイバ８２を環状に配置し、
その外周にスペーサ層８３を介してやはり多数の細い光
ファイバ８４を配置して最外周を保護ジャケット８５に
て覆う。中心のファイバ８１の端部には投光素子８６を
設けてファイバ８１を投光部とし、その外側のファイバ
８２群は束ねて第１の受光素子８７を対向配置して第１
の受光部を構成し、最外周のファイバ８４群は束ねて第
２の受光素子８８を対向配置することで第２の受光部を
構成する。この場合、電気的構成は図５に示した第２実
施形態と同様となる。このような構成とすれば、１本の
光ファイバケーブル８０によって投光部と第１及び第２
の受光部とを構成することができ、検出部の構造が極め
て簡単になる。しかも、第２の受光部はＳ／Ｎ比を高め
るために投光部からの距離を大きくする分、拡散光が微
弱になるという宿命があるが、このように投光部からの
光の照射領域を囲む環状領域で受光すれば、比較的大き
な光量を得ることができるという利点がある。

【００２７】なお、この光ファイバケーブル８０を利用
して投受光を行う場合、光ファイバケーブル８０の先端
にレンズを設けてもよい。その場合、３つのレンズ部が
同心状に並ぶトロイダルレンズを使用すれば、図１１
（Ａ）に示すような投光領域９０、第１受光領域９１及
び第２受光領域９２が同心状に得られる。また、同図
（Ｂ）に示すような投光領域９３，第１受光領域９４及
び第２受光領域９５を得るには、中心側を２つのレンズ
部を同心状に形成し、その外側に微小レンズを環状配置
した一体型レンズを使用すればよい。また、この実施形
態で、投光部と第１の受光部とは逆にしてもよいことは
もちろんである。

【００２８】（５）上述の各実施形態では、投光部及び
各受光部においてそれぞれ投光素子及び受光素子を個別
に設けるようにしたが、例えば第２実施形態における第
１の受光部及び第２の受光部を２個の光電変換部を一体
に有する二分割光電素子を用いて構成してもよい。ま
た、第１実施形態における受光部をＰＳＤやＣＣＤ等の
受光素子を用いて広い範囲の拡散光を観察するように
し、液がある場合には拡散光の強度重心が液のない場合
に比べて投光部側にずれることを利用して検出すること
もできる。

【００２９】（６）また、投光部及び受光部は容器の壁
面に密着させても、離してもいずれでもよいが、密着さ
せたほうが容器の外面の汚れや反射光の影響を受けにく
いため好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す斜視図

【図２】第１実施形態の要部を示す横断面図

【図３】第１実施形態の電気的構成を示すブロック図

【図４】第２実施形態の要部を示す横断面図

【図５】第２実施形態の電気的構成を示すブロック図

【図６】第３実施形態の要部を示す横断面図

【図７】異なる実施形態の要部を示す平面図

【図８】異なる実施形態の要部を示す平面図

【図９】異なる実施形態の光ファイバケーブルを示す斜
視図

【図１０】異なる実施形態の光ファイバケーブルを示す
斜視図

【図１１】光の照射領域を示す平面図

【図１２】従来の液体検出装置の原理を示す断面図

【符号の説明】

１０……容器 ２０……液体検出装置 ２２，３１……投光素子（投光部） ２３，３２，３３……受光素子（受光部） ３９……差動増幅回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F014 AB02 AB03 FA01 FA02 2G051 AA48 AB15 BA00 BB17 CA02 CA07 CB05 CC17 EA08 EA25 EB01 EB02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一部が光拡散性及び光透過性
   を有する材質である容器内の液体を検出するための液体
   検出方法であって、前記容器の壁部に向けて光を照射す
   ると共に、前記容器の内壁によって壁部内へ反射されつ
   つ前記光の照射域から離れた箇所から拡散反射してくる
   拡散光を受光し、その拡散光の受光量の変化に基づき液
   体の有無を検出することを特徴とする液体検出方法。
2. 【請求項２】 光拡散性及び光透過性を有する材質の容
   器内の液体を検出するものであって、前記容器の壁部に
   向けて光を照射する投光部と、前記容器の内壁によって
   壁部内へ反射されつつ前記投光部による光の照射域から
   離れた箇所から拡散反射してくる拡散光を受光する受光
   部と、この受光部による拡散光の受光量の変化を検出す
   る受光量変化検出手段とを備えてなる液体検出装置。
3. 【請求項３】 光拡散性及び光透過性を有する材質の容
   器内の液体を検出するものであって、前記容器の壁部に
   向けて光を照射する投光部と、その投光部による光の照
   射域またはそこに近い箇所からの拡散光を受光する第１
   の受光部と、前記容器の内壁によって壁部内へ反射され
   つつ第１の受光部よりは前記投光部による光の照射域か
   ら遠い箇所から拡散反射してくる拡散光を受光する第２
   の受光部と、前記第１及び第２の受光部による拡散光の
   各受光量の差または比の変化を検出する受光量変化検出
   手段とを備えてなる液体検出装置。
4. 【請求項４】 前記投光部及び前記第１の受光部は、一
   方が光ファイバケーブルの中心に配置された光ファイバ
   からなり、他方がその光ファイバの周囲に環状に配置さ
   れた複数の光ファイバからなることを特徴とする請求項
   ３記載の液体検出装置。