JP3134218B2 - 液体検出子 - Google Patents
液体検出子Info
- Publication number
- JP3134218B2 JP3134218B2 JP8903096A JP8903096A JP3134218B2 JP 3134218 B2 JP3134218 B2 JP 3134218B2 JP 8903096 A JP8903096 A JP 8903096A JP 8903096 A JP8903096 A JP 8903096A JP 3134218 B2 JP3134218 B2 JP 3134218B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- receiving element
- emitting element
- point
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、水、灯油等の液
体の有無を光学的に検出する検出子に関し、例えば、石
油スト−ブ等の貯油槽に設置し貯油槽内の灯油の有無の
検出に用いられる検出子に関する。
体の有無を光学的に検出する検出子に関し、例えば、石
油スト−ブ等の貯油槽に設置し貯油槽内の灯油の有無の
検出に用いられる検出子に関する。
【0002】
【従来の技術】図13は、従来の光学的液体検出子の一
例を示すもので、1、2、3はリ−ド端子であり、これ
らリ−ド端子のうちリ−ド端子1の端面1aには、一方
電極を接続するようにして発光素子4が導電接着材によ
って固着され、同様にリ−ド端子3の端面3aには一方
電極を接続するようにして受光素子5が導電接着材によ
って固着されている。そして、発光素子4と受光素子5
はその他方の電極が導電線6、7によってリ−ド端子2
の端面2aに接続されている。これらリ−ド端子1、
2、3の一部と、発光素子4と、受光素子5及び導電線
6、7は、透明樹脂材によって形成された半球レンズ8
の内部に装填されている。
例を示すもので、1、2、3はリ−ド端子であり、これ
らリ−ド端子のうちリ−ド端子1の端面1aには、一方
電極を接続するようにして発光素子4が導電接着材によ
って固着され、同様にリ−ド端子3の端面3aには一方
電極を接続するようにして受光素子5が導電接着材によ
って固着されている。そして、発光素子4と受光素子5
はその他方の電極が導電線6、7によってリ−ド端子2
の端面2aに接続されている。これらリ−ド端子1、
2、3の一部と、発光素子4と、受光素子5及び導電線
6、7は、透明樹脂材によって形成された半球レンズ8
の内部に装填されている。
【0003】上記の液体検出子は、リ−ド端子1、2に
給電し発光素子4を発光させる。その発光光は発散する
が、半球レンズ8が空気と接している状態では、この発
光光は、半球レンズ8の屈折率と空気の屈折率との比が
比較的大きいため、半球レンズ8と空気との境界面で反
射が生じ、半球レンズ8の天頂部10の位置の反射光が
受光素子5に入光する。また、半球レンズ8の屈折率と
同じ屈折率の液体中に、この半球レンズ8があるとき
は、半球レンズ8と液体との境界面での反射がなく受光
素子5には入光しない。
給電し発光素子4を発光させる。その発光光は発散する
が、半球レンズ8が空気と接している状態では、この発
光光は、半球レンズ8の屈折率と空気の屈折率との比が
比較的大きいため、半球レンズ8と空気との境界面で反
射が生じ、半球レンズ8の天頂部10の位置の反射光が
受光素子5に入光する。また、半球レンズ8の屈折率と
同じ屈折率の液体中に、この半球レンズ8があるとき
は、半球レンズ8と液体との境界面での反射がなく受光
素子5には入光しない。
【0004】したがって、受光素子5に入光する光の有
無に基づいて受光素子5によって出力される光電流を適
宜処理することにより、半球レンズ8が液体に接してい
るか否かの検出信号を得ることができる。
無に基づいて受光素子5によって出力される光電流を適
宜処理することにより、半球レンズ8が液体に接してい
るか否かの検出信号を得ることができる。
【0005】図14は上記半球レンズ8に替えて、先端
に向かって先細になるように、屋根状の直角の面を持つ
プリズム9を使用した他の従来例を示す。この液体検出
子は、図13に示す液体検出子と同様に、発光素子4の
発光光は発散するが、その一部の光は、プリズム9が空
気と接しているとき、プリズム9の第1の反射面11で
反射し、続いて第2の反射面12で反射して受光素子5
に入光する。このとき反射面11と反射面12に対する
光の入射角は45°であり、空気の屈折率が1であるか
ら、プリズム9の屈折率が約1.4以上であれば、発光
素子4の発光光が反射面11と反射面12で全反射す
る。また、プリズム9が液体中にあるときは図13に示
す液体検出子と同様に受光素子5に入光する光はなく光
電流は出力されない。
に向かって先細になるように、屋根状の直角の面を持つ
プリズム9を使用した他の従来例を示す。この液体検出
子は、図13に示す液体検出子と同様に、発光素子4の
発光光は発散するが、その一部の光は、プリズム9が空
気と接しているとき、プリズム9の第1の反射面11で
反射し、続いて第2の反射面12で反射して受光素子5
に入光する。このとき反射面11と反射面12に対する
光の入射角は45°であり、空気の屈折率が1であるか
ら、プリズム9の屈折率が約1.4以上であれば、発光
素子4の発光光が反射面11と反射面12で全反射す
る。また、プリズム9が液体中にあるときは図13に示
す液体検出子と同様に受光素子5に入光する光はなく光
電流は出力されない。
【0006】ここで、上記の半球レンズ8、或いはプリ
ズム9が空気に接している場合に、半球レンズ8、或い
はプリズム9の空気との境界面の反射光による受光素子
5の受光量をSとする。また、半球レンズ8、或いはプ
リズム9が液体中にあるときの受光素子5の受光量をN
とする。この受光量Nは理想的には0であるが、半球レ
ンズ8、或いはプリズム9の屈折率と液体の屈折率には
僅かな違いがあるし、その上、液体を収容している容器
の壁面からの反射光等によって0にはならない。また、
発光素子4の発光光の一部は受光素子5に直接入光す
る。このように受光素子5に直接入光する光量をCとす
る。
ズム9が空気に接している場合に、半球レンズ8、或い
はプリズム9の空気との境界面の反射光による受光素子
5の受光量をSとする。また、半球レンズ8、或いはプ
リズム9が液体中にあるときの受光素子5の受光量をN
とする。この受光量Nは理想的には0であるが、半球レ
ンズ8、或いはプリズム9の屈折率と液体の屈折率には
僅かな違いがあるし、その上、液体を収容している容器
の壁面からの反射光等によって0にはならない。また、
発光素子4の発光光の一部は受光素子5に直接入光す
る。このように受光素子5に直接入光する光量をCとす
る。
【0007】従って、半球レンズ8、或いはプリズム9
が空気中にあるときの受光素子5の受光量は(S+C)
であり、液体中にあるときの受光量は(N+C)であ
る。ここで、検出信号である光電流は受光量に比例する
ので、上記(S+C)と(N+C)の二つの受光量の
比、すなわち、P=(S+C)/(N+C)として算出
したPの値が検出信号の良好性を表わす指標となる。つ
まり、Pが大きいほど検出信号の良好性が良くなる。
が空気中にあるときの受光素子5の受光量は(S+C)
であり、液体中にあるときの受光量は(N+C)であ
る。ここで、検出信号である光電流は受光量に比例する
ので、上記(S+C)と(N+C)の二つの受光量の
比、すなわち、P=(S+C)/(N+C)として算出
したPの値が検出信号の良好性を表わす指標となる。つ
まり、Pが大きいほど検出信号の良好性が良くなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記した液体検出子に
は次のような問題がある。先ず、これら液体検出子は、
液体を収容している容器の上部の蓋に、レンズ面(また
は、プリズム面)を下にして取付けられ、液面を一定に
保つ検出子として使用されることがある。このような検
出子の場合、容器内の液体が減って液面がレンズ面から
離れたとき、レンズ面に液溜りが生じ、レンズ面が空気
と接することができず、一定以上の液面の「液有り」の
誤情報を出力することがある。
は次のような問題がある。先ず、これら液体検出子は、
液体を収容している容器の上部の蓋に、レンズ面(また
は、プリズム面)を下にして取付けられ、液面を一定に
保つ検出子として使用されることがある。このような検
出子の場合、容器内の液体が減って液面がレンズ面から
離れたとき、レンズ面に液溜りが生じ、レンズ面が空気
と接することができず、一定以上の液面の「液有り」の
誤情報を出力することがある。
【0009】また、この液体検出子は、発光素子4の発
光光が直接受光素子5に入光するため、上記した検出信
号の良好性を表わす指標Pの値が低い。特に、図13に
示す半球レンズ8を用いた液体検出子では、半球レンズ
8の天頂部10における発光素子4の発光光の入射角θ
は小さく、従って、半球レンズ8が空気に接していると
きの反射率が極めて小さい。そのため受光素子5の受光
量も少なく、上記した式のSが小さなものとなり、検出
信号の良好性を表わすPもまた小さなものとなる。
光光が直接受光素子5に入光するため、上記した検出信
号の良好性を表わす指標Pの値が低い。特に、図13に
示す半球レンズ8を用いた液体検出子では、半球レンズ
8の天頂部10における発光素子4の発光光の入射角θ
は小さく、従って、半球レンズ8が空気に接していると
きの反射率が極めて小さい。そのため受光素子5の受光
量も少なく、上記した式のSが小さなものとなり、検出
信号の良好性を表わすPもまた小さなものとなる。
【0010】さらに、半球レンズ8或いはプリズム9が
空気に接しているとき、発光素子4の発光光は所定の光
路を隔てて受光素子5に入光するが、このときの受光素
子5に入光する光束は、図15に示すように、発光素子
4を点光源とし、受光素子5の受光面積dS、所定の光
路Lとして定まる立体角dWとなって、極めて小さいも
となる。そのため受光量も少なく上記したPの値が低い
ものとなる。
空気に接しているとき、発光素子4の発光光は所定の光
路を隔てて受光素子5に入光するが、このときの受光素
子5に入光する光束は、図15に示すように、発光素子
4を点光源とし、受光素子5の受光面積dS、所定の光
路Lとして定まる立体角dWとなって、極めて小さいも
となる。そのため受光量も少なく上記したPの値が低い
ものとなる。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、液体検出子の
上記した問題点を解決することを目的としたもので、第
1の発明として、平面状に順次配列された少なくとも3
つの短冊状のリ−ド端子のうち、2つのリ−ド端子の一
端部に発光素子と受光素子とが平面状に各々別々に装着
されており、これら発光素子及び受光素子と他のリ−ド
端子とが導電線で結線してあり、上記短冊状のリ−ド端
子のうち少なくとも1つのリ−ド端子に設けられた張り
出し部を折り曲げ形成して発光素子と受光素子の間に位
置させた遮光板を備えると共に、上記発光素子と受光素
子とを含む上記リ−ド端子の一端部側を透明樹脂材で被
覆したことを特徴とする液体検出子を提案する。このよ
うに構成された液体検出子は発光素子の発光光が直接受
光素子に入光することなく、上記検出信号の良好性を表
す指標Pの値を高くすることができる。
上記した問題点を解決することを目的としたもので、第
1の発明として、平面状に順次配列された少なくとも3
つの短冊状のリ−ド端子のうち、2つのリ−ド端子の一
端部に発光素子と受光素子とが平面状に各々別々に装着
されており、これら発光素子及び受光素子と他のリ−ド
端子とが導電線で結線してあり、上記短冊状のリ−ド端
子のうち少なくとも1つのリ−ド端子に設けられた張り
出し部を折り曲げ形成して発光素子と受光素子の間に位
置させた遮光板を備えると共に、上記発光素子と受光素
子とを含む上記リ−ド端子の一端部側を透明樹脂材で被
覆したことを特徴とする液体検出子を提案する。このよ
うに構成された液体検出子は発光素子の発光光が直接受
光素子に入光することなく、上記検出信号の良好性を表
す指標Pの値を高くすることができる。
【0012】第2の発明として、上記透明樹脂材の外形
々状は上記発光素子と受光素子とを結ぶ線に平行で、且
つ、上記リ−ド端子とほぼ平行な平面を持ち、この平面
と発光素子との間隔をD、上記透明樹脂材の屈折率を
n、上記発光素子と受光素子との距離をLとして、D≦
L(n2−1)/2に定めたことを特徴とする液体検出
子を提案する。このような透明樹脂材の形状を持つ液体
検出子は、この液体検出子が空気中にあるとき、発光素
子の発光光は透明樹脂表面で全反射して受光素子に入光
するため上記検出信号の良好性を表す指標Pの値を高く
することができる。
々状は上記発光素子と受光素子とを結ぶ線に平行で、且
つ、上記リ−ド端子とほぼ平行な平面を持ち、この平面
と発光素子との間隔をD、上記透明樹脂材の屈折率を
n、上記発光素子と受光素子との距離をLとして、D≦
L(n2−1)/2に定めたことを特徴とする液体検出
子を提案する。このような透明樹脂材の形状を持つ液体
検出子は、この液体検出子が空気中にあるとき、発光素
子の発光光は透明樹脂表面で全反射して受光素子に入光
するため上記検出信号の良好性を表す指標Pの値を高く
することができる。
【0013】第3の発明として、発光素子及び受光素子
を内包し、且つ、発光素子の発光方向に向かって凸状に
形成された湾曲面を備えるレンズを持つ液体検出子にお
いて、上記レンズの湾曲面は、発光素子と受光素子とを
含む断面形状が第1の湾曲線と第2の湾曲線を持ち、第
1の湾曲線は、発光素子の位置を第1の点とし、第1の
点に対し受光素子の位置と反対側の空間点を第2の点と
し、上記第1の点と第2の点を二つの焦点とする第1の
点に近い方の双曲線の一部として形成し、第2の湾曲線
は、受光素子の位置を第3の点とし、上記第2の点と第
3の点を二つの焦点とする楕円曲線の一部として形成し
た断面形状となっていることを特徴とする液体検出子を
提案する。
を内包し、且つ、発光素子の発光方向に向かって凸状に
形成された湾曲面を備えるレンズを持つ液体検出子にお
いて、上記レンズの湾曲面は、発光素子と受光素子とを
含む断面形状が第1の湾曲線と第2の湾曲線を持ち、第
1の湾曲線は、発光素子の位置を第1の点とし、第1の
点に対し受光素子の位置と反対側の空間点を第2の点と
し、上記第1の点と第2の点を二つの焦点とする第1の
点に近い方の双曲線の一部として形成し、第2の湾曲線
は、受光素子の位置を第3の点とし、上記第2の点と第
3の点を二つの焦点とする楕円曲線の一部として形成し
た断面形状となっていることを特徴とする液体検出子を
提案する。
【0014】このように構成した液体検出子は、この液
体検出子が空気中にあるとき、発光素子の発光光を高い
利用効率で受光素子に入光させることができ、上記した
検出信号の良好性を表す指標Pの値を高くすることがで
きる。
体検出子が空気中にあるとき、発光素子の発光光を高い
利用効率で受光素子に入光させることができ、上記した
検出信号の良好性を表す指標Pの値を高くすることがで
きる。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面に沿って説明する。図1、第2及び図3は、本発明
の第1実施形態を示すもので、図1は液体検出子の簡略
正面図、図2は同液体検出子の底面図、図3は図1に示
すリ−ド端子20、21、22のみを示している。これ
らの図面に示すように、リ−ド端子20の一端側部に
は、一方電極を接続するようにして発光素子23を導電
接着材で固着してあり、また、リ−ド端子22の一端側
部には、一方電極を接続するようにして受光素子24を
導電接着材で固着してある。また、発光素子23の他方
電極と受光素子24の他方電極は、各々導電線25、2
6によってリ−ド端子21の一端側部に配線してある。
図面に沿って説明する。図1、第2及び図3は、本発明
の第1実施形態を示すもので、図1は液体検出子の簡略
正面図、図2は同液体検出子の底面図、図3は図1に示
すリ−ド端子20、21、22のみを示している。これ
らの図面に示すように、リ−ド端子20の一端側部に
は、一方電極を接続するようにして発光素子23を導電
接着材で固着してあり、また、リ−ド端子22の一端側
部には、一方電極を接続するようにして受光素子24を
導電接着材で固着してある。また、発光素子23の他方
電極と受光素子24の他方電極は、各々導電線25、2
6によってリ−ド端子21の一端側部に配線してある。
【0016】これら、発光素子23、受光素子24、リ
−ド端子20、21、22、導電線25、26は、リ−
ド端子20、21、22の一部を残し、例えば、エポキ
シ樹脂等の透明樹脂材により成形されたレンズ27に埋
設してある。なお、このレンズ27は図2に示したよう
に、正面側(図1に示す面)が凸形となっており、この
面が検出部となる。また、リ−ド端子20には、図3に
示すように、発光素子23を固着する側方部分に張り出
し部20aが設けてある。この張り出し部20aは点線
で示す位置で折り曲げて図1、図2で示す遮光板28と
なっている。この遮光板28を設けることにより、発光
素子23の発光光は直接受光素子24に入光することが
ない。なお、このような遮光板は、発光素子23と受光
素子24との間に位置させるようにしてリ−ド端子21
または22に設けてもよい。
−ド端子20、21、22、導電線25、26は、リ−
ド端子20、21、22の一部を残し、例えば、エポキ
シ樹脂等の透明樹脂材により成形されたレンズ27に埋
設してある。なお、このレンズ27は図2に示したよう
に、正面側(図1に示す面)が凸形となっており、この
面が検出部となる。また、リ−ド端子20には、図3に
示すように、発光素子23を固着する側方部分に張り出
し部20aが設けてある。この張り出し部20aは点線
で示す位置で折り曲げて図1、図2で示す遮光板28と
なっている。この遮光板28を設けることにより、発光
素子23の発光光は直接受光素子24に入光することが
ない。なお、このような遮光板は、発光素子23と受光
素子24との間に位置させるようにしてリ−ド端子21
または22に設けてもよい。
【0017】上記のように構成した液体検出子33は、
リ−ド端子20と21に給電し発光素子23を発光させ
る。この光はレンズ27が空気中にあるとき、このレン
ズ27の天頂部29(図2)で一部の光が反射し受光素
子24に入光し、受光素子24は入光した光量に応じた
光電流を出力する。また、レンズ27が液体中にあると
きは、レンズ27と液体との境界面の反射が少なく、受
光素子24への入光が少ないから、この受光素子24が
出力する光電流も極めて少ない。したがって、この光電
流の値によってレンズ27が空気中にあるか、液体中に
あるかが検出できる。
リ−ド端子20と21に給電し発光素子23を発光させ
る。この光はレンズ27が空気中にあるとき、このレン
ズ27の天頂部29(図2)で一部の光が反射し受光素
子24に入光し、受光素子24は入光した光量に応じた
光電流を出力する。また、レンズ27が液体中にあると
きは、レンズ27と液体との境界面の反射が少なく、受
光素子24への入光が少ないから、この受光素子24が
出力する光電流も極めて少ない。したがって、この光電
流の値によってレンズ27が空気中にあるか、液体中に
あるかが検出できる。
【0018】ここで、上記したように、レンズ27が空
気中にあるときの受光素子24の受光量をS、レンズ2
7が液体中にあるときの受光素子24の受光量をNと
し、発光素子23の発光光が受光素子24に直接入光す
る光量をCとすれば、検出信号の良好性を表す指標は、
P=(S+C)/(N+C)で求めることができる。図
1、図2に示す液体検出子33には、遮光板28を設け
たので、Pを求める上式のCの値は、0或いは0に近い
値となり従来例に比べPの値が高いものとなる。
気中にあるときの受光素子24の受光量をS、レンズ2
7が液体中にあるときの受光素子24の受光量をNと
し、発光素子23の発光光が受光素子24に直接入光す
る光量をCとすれば、検出信号の良好性を表す指標は、
P=(S+C)/(N+C)で求めることができる。図
1、図2に示す液体検出子33には、遮光板28を設け
たので、Pを求める上式のCの値は、0或いは0に近い
値となり従来例に比べPの値が高いものとなる。
【0019】図4は、本液体検出子33の使用例を示す
もので、30は被検出体である液体34を収容する容器
である。31は容器30の上部に設けた蓋である。この
蓋31にはホルダ−32を用いて液体検出子33が、リ
−ド端子を上にして取付けられている。この状態におい
て、液体検出子33の液体の有無の検出部は、33aで
示すように立面(凸面)となる。そのため被検出体であ
る液体34の液面が実線位置34aより点線位置34b
に減じたとき、33bで示す液体検出子33の下面(図
1において上面)に液溜りが生ずるが、液体の有無を検
出する検出部の位置は33aで示す立面であるので、上
記液溜りによる誤検出はなく、信頼性の高い信号を得る
ことができる。なお、この信号に基づき容器内の液体を
排出、或いは容器内への液体の汲み揚げ等の関連動作が
図示されていない装置によって行なわれる。
もので、30は被検出体である液体34を収容する容器
である。31は容器30の上部に設けた蓋である。この
蓋31にはホルダ−32を用いて液体検出子33が、リ
−ド端子を上にして取付けられている。この状態におい
て、液体検出子33の液体の有無の検出部は、33aで
示すように立面(凸面)となる。そのため被検出体であ
る液体34の液面が実線位置34aより点線位置34b
に減じたとき、33bで示す液体検出子33の下面(図
1において上面)に液溜りが生ずるが、液体の有無を検
出する検出部の位置は33aで示す立面であるので、上
記液溜りによる誤検出はなく、信頼性の高い信号を得る
ことができる。なお、この信号に基づき容器内の液体を
排出、或いは容器内への液体の汲み揚げ等の関連動作が
図示されていない装置によって行なわれる。
【0020】一般に、二つの物質の境界面における反射
は、フレネルの法則により算出することができる。フレ
ネルの法則は、
は、フレネルの法則により算出することができる。フレ
ネルの法則は、
【0021】
【数1】
【0022】である。ここでRpは、入射光線と光の入
射点における境界面の法線とによって定まる入射面に対
し平行に偏向している光の反射率である。Rsは上記入
射面と垂直方向に偏向している光の反射率である。全方
向に振幅を持つ光の反射率Rは、R=(RpfRs)/
2となる。n1、n2は、二つの物質の各々の屈折率で
ある。θ1はn1の屈折率を持つ物質中における入射角
である。θ2は n2 の屈折率を持つ物質中における屈折
角である。これらn1、n2、θ1、θ2にはスネルの
法則、n1sinθ1=n2sinθ2の関係がある。
射点における境界面の法線とによって定まる入射面に対
し平行に偏向している光の反射率である。Rsは上記入
射面と垂直方向に偏向している光の反射率である。全方
向に振幅を持つ光の反射率Rは、R=(RpfRs)/
2となる。n1、n2は、二つの物質の各々の屈折率で
ある。θ1はn1の屈折率を持つ物質中における入射角
である。θ2は n2 の屈折率を持つ物質中における屈折
角である。これらn1、n2、θ1、θ2にはスネルの
法則、n1sinθ1=n2sinθ2の関係がある。
【0023】したがって、n1=n2(液中を想定)とす
れば、θ1=θ2であり、Rp=Rs=0となり反射が生
じない。また、θ2を90°とすれば、sinθ1=n2
/n1である。n2<n1のとき、
れば、θ1=θ2であり、Rp=Rs=0となり反射が生
じない。また、θ2を90°とすれば、sinθ1=n2
/n1である。n2<n1のとき、
【数2】 であり、このときのθ1は臨界角と呼ばれる。光の入射
角をθとすればθ≧θ1の範囲で光は全反射、すなわち
100%反射する。
角をθとすればθ≧θ1の範囲で光は全反射、すなわち
100%反射する。
【0024】図5、図6は、図1、図2のレンズ27の
半球形の形状に変えて方形状の平面レンズ40としたも
のであり、図5は底面図、図6は側面図である。なお、
この図面は図1、図2のレンズ27を、平面レンズ40
としたものであるから、同一部材については、同符号を
付してその説明を省略する。平面レンズ40の一つの平
面41は、発光素子23と受光素子24を結ぶ線に平行
で、且つリ−ド端子20、22の長手方向にほぼ平行と
してある。また、発光素子23と受光素子24を結ぶ線
と、平面41との間隔Dは、発光素子23と受光素子2
4との距離をL、平面レンズ40の屈折率をnとしたと
き、
半球形の形状に変えて方形状の平面レンズ40としたも
のであり、図5は底面図、図6は側面図である。なお、
この図面は図1、図2のレンズ27を、平面レンズ40
としたものであるから、同一部材については、同符号を
付してその説明を省略する。平面レンズ40の一つの平
面41は、発光素子23と受光素子24を結ぶ線に平行
で、且つリ−ド端子20、22の長手方向にほぼ平行と
してある。また、発光素子23と受光素子24を結ぶ線
と、平面41との間隔Dは、発光素子23と受光素子2
4との距離をL、平面レンズ40の屈折率をnとしたと
き、
【数3】 としてある。
【0025】上記Dに関する式を
【数4】 として下記のように変形する L2n2=4D2+L2 (L/2)2n2=D2+(L/2)2
【数5】 となる。上式の右辺は、発光素子23の発光光が平面4
1(境界面)で反射し、受光素子24に入光する光線の
平面41に対する入射角の正弦値である。入射角をθと
して次式を得る。 1/n=sinθ したがって、平面レンズ40が空気中にあるとき、θは
臨界角となり、光は100%反射される。
1(境界面)で反射し、受光素子24に入光する光線の
平面41に対する入射角の正弦値である。入射角をθと
して次式を得る。 1/n=sinθ したがって、平面レンズ40が空気中にあるとき、θは
臨界角となり、光は100%反射される。
【0026】このように構成された液体検出子は、図
1、図2で示す半球レンズ27を用いたものに比較し
て、液体検出子が空気中にあるときの光の反射量が大き
いので、上記した検出信号の良好性を表す指標Pを算出
するための因子Sの値が大きく、Pの値の高いものとな
る。
1、図2で示す半球レンズ27を用いたものに比較し
て、液体検出子が空気中にあるときの光の反射量が大き
いので、上記した検出信号の良好性を表す指標Pを算出
するための因子Sの値が大きく、Pの値の高いものとな
る。
【0027】図7、図8は図1、図2の半球レンズ27
の半球形の形状に変えて、二つの湾曲面で構成された変
形レンズ50としてある。図7は底面図、図8は側面図
である。なお、これらの図面は図1、図2の半球レンズ
27を変形レンズ50としたものであるから、同一部材
については、同符号を付してその説明を省略する。変形
レンズ50の第1湾曲面51を形成する発光素子23と
受光素子24とを含む断面形状は双曲線の一部となって
いる。つまり、発光素子23の位置を第1の点Aとし、
この点Aに対し受光素子24の位置と反対側の空間点を
第2の点Bとしたときのこれら二つの点A、Bを焦点と
する第1の点Aに近い方の双曲線の一部として形成して
ある。変形レンズ50の第2湾曲面52は、断面形状を
受光素子24の位置を第3の点Cとして、上記点BとC
を二つの焦点とする楕円曲線の一部としてある。
の半球形の形状に変えて、二つの湾曲面で構成された変
形レンズ50としてある。図7は底面図、図8は側面図
である。なお、これらの図面は図1、図2の半球レンズ
27を変形レンズ50としたものであるから、同一部材
については、同符号を付してその説明を省略する。変形
レンズ50の第1湾曲面51を形成する発光素子23と
受光素子24とを含む断面形状は双曲線の一部となって
いる。つまり、発光素子23の位置を第1の点Aとし、
この点Aに対し受光素子24の位置と反対側の空間点を
第2の点Bとしたときのこれら二つの点A、Bを焦点と
する第1の点Aに近い方の双曲線の一部として形成して
ある。変形レンズ50の第2湾曲面52は、断面形状を
受光素子24の位置を第3の点Cとして、上記点BとC
を二つの焦点とする楕円曲線の一部としてある。
【0028】上記した変形レンズ50が空気中にあると
き、発光素子23の発光光は、最初に双曲線の形状であ
る第1湾曲面51で反射する。その反射光線の反射方向
は、上記第2の点Bから出た光線と同様となる。すなわ
ち、点Bの位置を虚光源と考えることができるので、第
1湾曲面51での反射光線は、この虚光源からの放射光
線として扱うことができる。第1湾曲面51で反射され
た光は、点Cを焦点とする楕円曲線の第2湾曲面52で
反射され、受光素子24に集光する。
き、発光素子23の発光光は、最初に双曲線の形状であ
る第1湾曲面51で反射する。その反射光線の反射方向
は、上記第2の点Bから出た光線と同様となる。すなわ
ち、点Bの位置を虚光源と考えることができるので、第
1湾曲面51での反射光線は、この虚光源からの放射光
線として扱うことができる。第1湾曲面51で反射され
た光は、点Cを焦点とする楕円曲線の第2湾曲面52で
反射され、受光素子24に集光する。
【0029】上記した点Cは、受光素子24の位置でも
あり、焦点に集光した光は全て、受光素子24に入光す
る。この入光する光は、発光素子23の発光光のうち図
7のφで示す範囲の光である。そのため受光素子24に
入光する光量が大きく、上記の検出信号の良好性を表す
指標Pに係る因子Sの値を高くすることができる。ま
た、変形レンズ50が液体中にあるときは、第1、第2
の湾曲面での反射があっても、その反射率は低く、さら
に、2回の反射により受光素子24に入光するため、そ
の光量は一層少なくなり、したがって、上記した指標P
に係る因子Nはより低いものとなる。これらにより極め
て高いPの値を得る。
あり、焦点に集光した光は全て、受光素子24に入光す
る。この入光する光は、発光素子23の発光光のうち図
7のφで示す範囲の光である。そのため受光素子24に
入光する光量が大きく、上記の検出信号の良好性を表す
指標Pに係る因子Sの値を高くすることができる。ま
た、変形レンズ50が液体中にあるときは、第1、第2
の湾曲面での反射があっても、その反射率は低く、さら
に、2回の反射により受光素子24に入光するため、そ
の光量は一層少なくなり、したがって、上記した指標P
に係る因子Nはより低いものとなる。これらにより極め
て高いPの値を得る。
【0030】また、発光素子23と受光素子24との距
離Lが一定であるから、点Aとした双曲線の焦点と点C
とした楕円曲線の焦点との距離を一定とすれば、これら
二つの焦点の位置と発光素子23と受光素子24との位
置が必ずしも正確に一致する必要はない。すなわち、発
光素子23の位置を双曲線の焦点位置から楕円曲線の焦
点の方向、或いは、その逆の方向に移すと、光は2回の
反射により同じ方向に移動した位置に集光する。このこ
とは、変形レンズ50の成形に際し、発光素子23と受
光素子24に対する変形レンズ50の相対位置の精度
は、さほど要求されることがなく成形工程が容易とな
る。さらに、変形レンズ50の第1湾曲面51で全反射
する発光素子23の発光光は、その光束の中心の光が含
まれるものであるから強い光を液体の有無の検出に利用
できる利点がある。
離Lが一定であるから、点Aとした双曲線の焦点と点C
とした楕円曲線の焦点との距離を一定とすれば、これら
二つの焦点の位置と発光素子23と受光素子24との位
置が必ずしも正確に一致する必要はない。すなわち、発
光素子23の位置を双曲線の焦点位置から楕円曲線の焦
点の方向、或いは、その逆の方向に移すと、光は2回の
反射により同じ方向に移動した位置に集光する。このこ
とは、変形レンズ50の成形に際し、発光素子23と受
光素子24に対する変形レンズ50の相対位置の精度
は、さほど要求されることがなく成形工程が容易とな
る。さらに、変形レンズ50の第1湾曲面51で全反射
する発光素子23の発光光は、その光束の中心の光が含
まれるものであるから強い光を液体の有無の検出に利用
できる利点がある。
【0031】次に上記のような変形レンズ50の第1湾
曲面の全反射について考察する。構成に特定条件を付し
て説明を簡単にする。図9はこのための説明図で、Aは
光源の位置、Bは空間点である。61はA、Bを焦点と
するAに近い方の双曲線である。この双曲線61のA側
の屈折率を
曲面の全反射について考察する。構成に特定条件を付し
て説明を簡単にする。図9はこのための説明図で、Aは
光源の位置、Bは空間点である。61はA、Bを焦点と
するAに近い方の双曲線である。この双曲線61のA側
の屈折率を
【数6】 とし他の側の屈折率を1とする。したがって、境界面に
おける臨界角は45°となる。
おける臨界角は45°となる。
【0032】図9の円弧62は、AとB間の距離Lを直
径とした円である。この円弧62と上記双曲線61の交
点をQとする。AからQに向かう光線は、BとQを結ぶ
線の延長線上に反射する。この反射光線上に点Rを設定
する。ここでQは線分ABを直径とした円上の点である
から、角AQBは、90°である。したがって、その補
角である角AQRも90°である。この角AQRは、入
射角と反射角とを合計したものであり、また入射角と反
射角は同じであるので、入射角は45°となる。入射角
45°は臨界角であるので、Qでの反射は100%とな
る。
径とした円である。この円弧62と上記双曲線61の交
点をQとする。AからQに向かう光線は、BとQを結ぶ
線の延長線上に反射する。この反射光線上に点Rを設定
する。ここでQは線分ABを直径とした円上の点である
から、角AQBは、90°である。したがって、その補
角である角AQRも90°である。この角AQRは、入
射角と反射角とを合計したものであり、また入射角と反
射角は同じであるので、入射角は45°となる。入射角
45°は臨界角であるので、Qでの反射は100%とな
る。
【0033】ここで、光源の位置であるAに、線分AB
に対する垂線を立て、この垂線上の点をYとすれば、角
YAQと角QBAとは同じ角度である。すなわち、光源
からの光が全反射する範囲は、上記の条件設定では、必
ず軸YAより反時計方向にも広がっていることがわか
る。また、Qより時計方向の光は全て全反射となる。
に対する垂線を立て、この垂線上の点をYとすれば、角
YAQと角QBAとは同じ角度である。すなわち、光源
からの光が全反射する範囲は、上記の条件設定では、必
ず軸YAより反時計方向にも広がっていることがわか
る。また、Qより時計方向の光は全て全反射となる。
【0034】次に、第1湾曲面で反射した光の第2の湾
曲面での反射について図10によって説明する。先ず、
図9のA、B、Rを図10に移行する。線分ABのA側
の延長線上に受光素子24の位置Cを取る。63は上記
B、Cを焦点とする楕円曲線である。円弧64は、線分
BCを直径とした円である。ここで、Aの位置の光源は
第1湾曲面(図9双曲線61)によって虚光源としてB
に移動する。したがって図10では、光源位置をBとす
る。B、Cは楕円曲線63の焦点であるから、第2湾曲
面が空気中にあるとき、Bからの光は、断面形状が楕円
曲線63である第2湾曲面で反射しCに集光する。
曲面での反射について図10によって説明する。先ず、
図9のA、B、Rを図10に移行する。線分ABのA側
の延長線上に受光素子24の位置Cを取る。63は上記
B、Cを焦点とする楕円曲線である。円弧64は、線分
BCを直径とした円である。ここで、Aの位置の光源は
第1湾曲面(図9双曲線61)によって虚光源としてB
に移動する。したがって図10では、光源位置をBとす
る。B、Cは楕円曲線63の焦点であるから、第2湾曲
面が空気中にあるとき、Bからの光は、断面形状が楕円
曲線63である第2湾曲面で反射しCに集光する。
【0035】次に、線分BR、或いは、その延長線が円
弧64と交わる点をTとする。角BTCは、Tが線分B
Cを直径とする円上にあるから90°である。ここで、
線分BCの延長線をX軸とし、BCの中点に立てた垂線
をY軸とし、交点をOとする。また、 線分BT=E、線分TC=G、線分BC=2F 楕円曲線63を(x2/a2)+(y2/b2)=1 角TBC=α とする。
弧64と交わる点をTとする。角BTCは、Tが線分B
Cを直径とする円上にあるから90°である。ここで、
線分BCの延長線をX軸とし、BCの中点に立てた垂線
をY軸とし、交点をOとする。また、 線分BT=E、線分TC=G、線分BC=2F 楕円曲線63を(x2/a2)+(y2/b2)=1 角TBC=α とする。
【0036】したがって、 E+G=2a E=2Fcosα G=2Fsinα F2=a2−b2 となる。以上の式から
【数7】 を得る。Fは既知数であるから、楕円曲線63が特定で
きる。なお、線分A、B、Cは一直線である必要がな
い。
きる。なお、線分A、B、Cは一直線である必要がな
い。
【0037】以上のことから、BからTに向かう光は、
上記a、bの定数を持つ楕円曲線63の形状である第2
湾曲面で全反射し、受光素子24の位置Cに向かう。ま
た、楕円曲線63のTから反時計方向の位置では、Bか
らの光は全て全反射しCに集光する。この光は、図9の
双曲線61のQより時計方向の範囲で反射したAからの
光である。したがって、図7にφで示す光源からの光束
は、2回の全反射で受光素子24に入光する。
上記a、bの定数を持つ楕円曲線63の形状である第2
湾曲面で全反射し、受光素子24の位置Cに向かう。ま
た、楕円曲線63のTから反時計方向の位置では、Bか
らの光は全て全反射しCに集光する。この光は、図9の
双曲線61のQより時計方向の範囲で反射したAからの
光である。したがって、図7にφで示す光源からの光束
は、2回の全反射で受光素子24に入光する。
【0038】図11は、図7、図8に示す変形レンズ5
0の側面形状を変えた第1の変形例の側面図で、図7の
双曲線51、楕円曲線52を、発光素子23と受光素子
24とを結ぶ線を回転軸として1/4回転させて回転面
66として変形レンズ67の形状としてある。このよう
な形状により、図7、図8に示す形状のものに比べて発
光素子23の発光光をより多く受光素子24に入光させ
ることができる。また、変形レンズ67の成形には、キ
ャスティングによる成形が可能であり容易に製造ができ
る。
0の側面形状を変えた第1の変形例の側面図で、図7の
双曲線51、楕円曲線52を、発光素子23と受光素子
24とを結ぶ線を回転軸として1/4回転させて回転面
66として変形レンズ67の形状としてある。このよう
な形状により、図7、図8に示す形状のものに比べて発
光素子23の発光光をより多く受光素子24に入光させ
ることができる。また、変形レンズ67の成形には、キ
ャスティングによる成形が可能であり容易に製造ができ
る。
【0039】図12は、図7、図8に示す変形レンズ5
0の側面形状を変えた第2の変形例の側面図で、図7の
双曲線51、楕円曲線52を、発光素子23と受光素子
24とを結ぶ線を回転軸として1/2回転させた回転面
70とした変形レンズ71の形状としてある。このよう
な形状により、図11に示す形状のものに比べて発光素
子23の発光光を、さらにより多く受光素子24に入光
させることができる。
0の側面形状を変えた第2の変形例の側面図で、図7の
双曲線51、楕円曲線52を、発光素子23と受光素子
24とを結ぶ線を回転軸として1/2回転させた回転面
70とした変形レンズ71の形状としてある。このよう
な形状により、図11に示す形状のものに比べて発光素
子23の発光光を、さらにより多く受光素子24に入光
させることができる。
【0040】以上、本発明の実施形態について説明した
が、その他に本発明を実施するに当っては、検出子の正
面側となっているレンズ凸部分と発光素子23及び受光
素子24を埋設したレンズ部分とを別々に形成し、これ
ら2つのレンズ部分を接着して構成することができ、ま
た、発光素子23として赤外発光素子を用いる場合は、
赤外に対して透明である樹脂材によりレンズを形成す
る。
が、その他に本発明を実施するに当っては、検出子の正
面側となっているレンズ凸部分と発光素子23及び受光
素子24を埋設したレンズ部分とを別々に形成し、これ
ら2つのレンズ部分を接着して構成することができ、ま
た、発光素子23として赤外発光素子を用いる場合は、
赤外に対して透明である樹脂材によりレンズを形成す
る。
【図1】本発明の第1実施形態を示す液体検出子の簡略
正面図である。
正面図である。
【図2】同液体検出子の底面図である。
【図3】同液体検出子に備えるリ−ド端子図である。
【図4】同液体検出子の使用状態を説明するための説明
図である。
図である。
【図5】本発明の第2実施形態を示す液体検出子の底面
図である。
図である。
【図6】同液体検出子の側面図である。
【図7】本発明の第3実施形態を示す液体検出子の底面
図である。
図である。
【図8】同液体検出子の側面図である。
【図9】図7、図8の液体検出子に備える第1湾曲面の
光学的動作説明図である。
光学的動作説明図である。
【図10】図7、図8の液体検出子に備える第2湾曲面
の光学的な動作説明図である。
の光学的な動作説明図である。
【図11】図7、図8の液体検出子に備える変形レンズ
の第1の変形例を示す側面図である。
の第1の変形例を示す側面図である。
【図12】図7、図8の液体検出子に備える変形レンズ
の第2の変形例を示す側面図である。
の第2の変形例を示す側面図である。
【図13】従来の液体検出子の簡略正面図である。
【図14】従来の液体検出子の他の例を示す簡略正面図
である。
である。
【図15】液体検出子に備える受光素子の受光量に関す
る説明図である。
る説明図である。
20、21、22 リ−ド端子 23 発光素子 24 受光素子 25、26 導電線 27 半球レンズ 28 遮光板 29 天頂部 40 平面レンズ 41 平面レンズに備えられた平面 50 変形レンズ 51 第1の湾曲面 52 第2の湾曲面 67 第1の変形例として示した変形レンズ 71 第2の変形例として示した変形レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 23/28
Claims (3)
- 【請求項1】 平面状に順次配列された少なくとも3つ
の短冊状のリ−ド端子のうち、2つのリ−ド端子の一端
部に発光素子と受光素子とが平面状に各々別々に装着さ
れており、これら発光素子及び受光素子と他のリ−ド端
子とが導電線で結線してあり、上記短冊状のリ−ド端子
のうち少なくとも1つのリ−ド端子に設けられた張り出
し部を折り曲げ形成して発光素子と受光素子の間に位置
させた遮光板を備えると共に、上記発光素子と受光素子
とを含む上記リ−ド端子の一端部側を透明樹脂材で被覆
したことを特徴とする液体検出子。 - 【請求項2】 上記透明樹脂材の外形々状は上記発光素
子と受光素子とを結ぶ線に平行で、且つ、上記リ−ド端
子とほぼ平行な平面を持ち、この平面と発光素子との間
隔をD、上記透明樹脂材の屈折率をn、上記発光素子と
受光素子との距離をLとして、D≦L(n2−1)/2
に定めたことを特徴とする請求項(1)記載の液体検出
子。 - 【請求項3】 発光素子及び受光素子を内包し、且つ、
発光素子の発光方向に向かって凸状に形成された湾曲面
を備えるレンズを持つ液体検出子において、上記レンズ
の湾曲面は、発光素子と受光素子とを含む断面形状が第
1の湾曲線と第2の湾曲線を持ち、第1の湾曲線は、発
光素子の位置を第1の点とし、第1の点に対し受光素子
の位置と反対側の空間点を第2の点とし、上記第1の点
と第2の点を二つの焦点とする第1の点に近い方の双曲
線の一部として形成し、第2の湾曲線は、受光素子の位
置を第3の点とし、上記第2の点と第3の点を二つの焦
点とする楕円曲線の一部として形成した断面形状となっ
ていることを特徴とする液体検出子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8903096A JP3134218B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 液体検出子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8903096A JP3134218B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 液体検出子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09257547A JPH09257547A (ja) | 1997-10-03 |
JP3134218B2 true JP3134218B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=13959511
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8903096A Expired - Fee Related JP3134218B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 液体検出子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3134218B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2539909A (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-04 | Airbus Operations Ltd | Aircraft fuel measurement |
-
1996
- 1996-03-19 JP JP8903096A patent/JP3134218B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH09257547A (ja) | 1997-10-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4320291A (en) | Optical instrument | |
JP3400987B2 (ja) | 放射エネルギーデバイス | |
KR920005443B1 (ko) | 광학센서 | |
CN101849251A (zh) | 用于检测器的辐射导向器、散射辐射检测器 | |
US5187596A (en) | Contact image sensor | |
JP3682109B2 (ja) | 導光体及び光学的位置検出装置 | |
JP3134218B2 (ja) | 液体検出子 | |
CN205982082U (zh) | 一种液体折射率测量*** | |
CN111947774A (zh) | 屏下环境光传感器组件及电子设备 | |
CN218003754U (zh) | 一种光电检测模组及传感器 | |
JPH08248139A (ja) | 放射線検出器 | |
CN214622308U (zh) | 一种折光仪和智能杯 | |
JPH06216406A (ja) | 光送信器 | |
JPS58106413A (ja) | 光反射センサ | |
JP2013201226A (ja) | 発光装置 | |
CN218037415U (zh) | 光电探测聚光结构 | |
JPH06342922A (ja) | 反射型受光器 | |
JP2873650B2 (ja) | 光学式位置センサ | |
JP2004272931A (ja) | 導光体及び光学的位置検出装置 | |
US20240219014A1 (en) | Lens barrel-equipped lens and light source device | |
JP3235092U (ja) | 反射型光センサ | |
JP2986635B2 (ja) | 発光素子、受光素子および透過型光結合装置 | |
JP2002006048A (ja) | シンチレーション検出器 | |
WO2023226225A1 (zh) | 具有异形气室的集成式红外气体传感器及其使用方法 | |
US20220283304A1 (en) | Light source module and lidar device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |