(57)【要約】液中に浸された光ガイド本体の複数の反射面における光の全反射を利用する公知の注入レベル測定装置では液中に浸されていない反射面に付着した液滴や飛沫によって測定が妨げられる。そこで、各反射面からの反射光を個別に測定する方法と装置を提案する。注入レベルを判別するための測定信号は、測定における欠陥や誤差を認識して排除するために好ましくは妥当性検査に付される。本発明による方法及び装置は、液体注入容器、特に自動車の燃料や洗浄水、潤滑油、作動液などの容器における注入レベルの測定に利用することができる。
2005517950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を注入する容器内に長方形、正方形又は楕円形の断面形状で突き出され、一端面に光ビームの入射部及び出射部が、また側面には複数の段差部で隔てられた複数の反射面が設けられている光ガイド本体を用い、前記端面から入射された光ビームを容器内の液面下に浸漬されていない本体部分の反射面では本体内で全反射させる一方で液面下に浸漬されている本体部分の反射面では液体中へ屈折させ、反射面で全反射された光ビームを前記端面へ戻すことにより容器内の液体注入レベルを判別する方法において、個々の反射面で全反射されて前記端面に戻ってくる光ビームの強度を個別に測定することを特徴とする液体注入容器内における光学的注入レベル判別法。
【請求項２】
光強度の測定を、反射面で全反射されて前記端面に戻ってくる個々の光ビームごとに１つ以上の光センサーによって行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
全反射光の測定信号を表示ユニットに伝送して容器内の液体注入レベルを表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
全反射光の測定信号を表示に先立って判別及び評価することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
評価に際して測定誤差を識別して除去するための妥当性検査を行うことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
評価に際して光ガイド本体内における光の減衰とノイズ及び／又は散乱光に対する補正を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
注入レベルとは無関係に完全に反射される光ビームから少なくとも一つの参照信号を生成して評価することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
光ガイド本体内の最長と最短の光信号経路に対してそれぞれ注入レベルとは無関係の参照信号を生成して評価することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
個々の反射面について一つずつ注入レベルとは無関係の参照信号を発生して評価することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
液体を注入する容器内に突き出された矩形断面形状の光ガイド本体(1)を備え、該本体は一端面(2)に光ビームの入射部及び出射部を有すると共に一つの側面(10)における複数の段差部(11, 12, 12, 14)に少なくとも二つの第１反射面(15, 16, 17, 18）を有し、これら第１反射面は、少なくとも部分的に、その反射面が容器内の液面下に浸漬されているときは前記端面から入射された光ビームを容器内の液体中へ向けて屈折させる一方で、その反射面が容器内の液面下に浸漬されていないときは該光ビームを本体内で前記側面(10)と向かい合う第２側面(20)へ向けて全反射させるように配置され、更に前記本体は各第１反射面に対応して前記第２側面(20)における複数の段差部(21, 22, 23, 24)に第２反射面(25, 26, 27, 28)を有し、これら第２反射面によって対応する第１反射面からの全反射光ビームを前記端面(2)の出射部へ向けて反射させることにより容器内の液体注入レベルを判別する装置において、個々の第２反射面で全反射された光ビームの強度を個別に測定する測定手段(5)を備えたことを特徴とする液体注入容器内における光学的注入レベル判別装置。
【請求項１１】
第１又は第２反射面(515, 516, 517, 518, 525, 526, 527, 528)が永久反射面であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
第１又は第２反射面(515, 516, 517, 518, 525, 526, 527, 528)が少なくとも部分的な領域において永久反射面であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
液体を注入する容器内に突き出された円形又は楕円形断面形状の光ガイド本体(401)を備え、該本体は一端面(402)に光ビームの入射部及び出射部を有すると共に周面の複数の段差部(410)に少なくとも二つ環状反射面(420）を有し、これら環状反射面は、少なくとも全周の一部において、その反射面が容器内の液面下に浸漬されているときは前記端面から入射された光ビームを容器内の液体中へ向けて屈折させる一方で、その反射面が容器内の液面下に浸漬されていないときは該光ビームを光ガイド本体(401)内で前記環状反射面(420)上の対向領域へ向けて全反射させると共に更に該対向領域から前記端面へ向けて全反射させるように構成されている形式の容器内液体注入レベル判別装置において、個々の環状反射面で全反射された光ビームの強度を個別に測定する測定手段(5)を備えたことを特徴とする液体注入容器内における光学的注入レベル判別装置。
【請求項１４】
少なくとも一部の環状反射面(720)が全周の一部において永久反射面であることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
測定手段が前記端面(2, 402)における光の出射部の上部又は該出射部の領域内に配置されていることを特徴とする請求項１０又は１３に記載の装置。
【請求項１６】
測定手段が光ガイドケーブルにより前記端面(2, 402)における光の出射部に接続され、該ケーブルが各環状反射面に対して少なくとも一本ずつの個別光ファイバを有することを特徴とする請求項１０又は１３に記載の装置。
【請求項１７】
環状反射面が光ビームの入射方向に対して４５°の角度をなしていることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
測定手段として個々の環状反射面に対する少なくとも一つの光センサーを有することを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
測定手段として単一のラインセンサー(5, 405)を有することを特徴とする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
測定手段から伝送される信号に関して測定誤差を識別して除去するための妥当性検査を実行する評価装置を有することを特徴とする請求項１０〜１９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２１】
マイクロコントローラ(201)を有することを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
光源の制限帯域幅、光ガイド本体の光ガイドスペクトル、及び測定用受光フォトダイオードの感度スペクトルが相互に整合されていることを特徴とする請求項１０〜２１のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体注入容器、特に自動車の燃料タンクにおける注入レベルを光学的に判別するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
注入レベルを光学的に判別する装置自体は公知である。このような光学的測定装置は種々の機械装置及び電気装置に広く普及しており、可動部分が皆無であることから磨耗や機械的故障を起こし難いという利点を有している。
【０００３】
この種の装置の一例は特許文献１に開示されている。この公知の装置は、上方から液体収容タンクの内部に突き出された光ガイド本体を備え、この光ガイド本体は種々の異なる高さにそれぞれ対をなして配置された複数の反射面を有している。これらの反射面は互に水平方向に位置がずらされており、本体端面から全ての反射面が観察できるようになっている。各反射面は、それらが液中に浸漬されていない状態のときしか光を反射しない。従って、液体のレベルは明るく見える反射面と暗く見える反射面の間にあることになる。
【特許文献１】米国特許明細書第３４２４００４号明細書
【０００４】
特許文献２には液体レベルセンサーが開示されている。このレベルセンサーは液体中に浸漬される光ガイド本体を含んでおり、この光ガイド本体は断面形状が矩形であって、その幅狭の方の両側面がともに階段状の形態であり、その段差の肩部が第１及び第２の反射面によって形成されている。光ガイド本体の上端面には光源と受光器が配置されている。光源から下向きに光ガイド本体内に照射された光は液体に浸されていない第１反射面から第２反射面へ向けて、更に第２反射面から受光器へと全反射される。受光器から出力される信号は光を反射している反射面の数、即ち注入レベルに応じて大きくなったり小さくなったりするので、この信号を利用して注入レベルを表示することができる。
【特許文献２】西独国特許出願公開第３１２８９２５号明細書
【０００５】
このような装置は不連続の段階的高さ位置として注入レベルを判別することができ、確認できる種々の異なる注入レベルの数は第１及び第２反射面の数によって予め決定することができる。注入レベルの実質的に連続的な表示ができるように、それぞれ第１及び第２反射面を有する多数の段差を設けることは可能である。しかしながら、段差の数を多くすると個々の反射面の面積がそれに応じて小さくなり、その結果、実際には液体レベルが下がっているのに反射面に液滴が付着残留する危険が増し、付着残留した液滴が全反射を妨害して、測定結果に表れる見かけ上の注入レベルが実際よりも高くなる虞がある。
【０００６】
特許文献３の図８には、それぞれ反射面を有する複数の光ガイド本体を液体注入容器の側壁に種々の異なる高さで配置し、それぞれに光センサーを順に接続した装置が開示されている。このような配置は複雑であり、しかも部品が側壁を貫通している箇所で漏洩等のトラブルを起こし易い。
【特許文献３】西独国特許出願公開第３２４３８３９号明細書
【０００７】
特許文献４も上述の一般的な種類に属する装置を開示している。この装置では、光ガイド本体の幅狭の方の両側面間を抜き空間に形成して複数の隙間（窓）を設けてあり、第１反射面からの反射光が隙間と隙間の間に形成される複数のリブ部を通してのみ第２反射面に到達し得るようになっている。しかしながら、このような形状の穂刈ガイド本体は、液体の注入レベルの実質的に連続した表示を得るために多数の反射面を形成する必要がある場合には製作が極めて困難となる。
【特許文献４】独国特許出願公開第１００３５２６３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、液体注入容器内における注入レベルを光学的に判別するための公知の方法よりも実施が容易で精度の高い方法を提供することであり、またそのような方法を実施するための構造が簡単で製作コストが高くなく、かつ故障発生率の低い装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は請求項１に記載されている方法により、また請求項１０及び１３に記載されている装置により達成される。
【００１０】
各第２反射面によって光ガイド本体の端面に向かって反射される光強度の個別測定は、好ましくはそれぞれの反射面につき少なくとも一つの光センサーによって実施される。従って、本発明による方法では、それら反射面のそれぞれについて少なくとも一つの測定信号が得られる。この測定信号は、反射面が液体に浸っている場合の「低値」（「満」）、又は液体が反射面を覆っていない場合の「高値」（「空」）のいずれかである。
【００１１】
測定信号（又は必要に応じてそれを適宜増幅した後の信号）は、表示装置に伝送してユーザーに容器の注入レベルの表示を提供することができる。表示装置は、例えばそれぞれが「高値」の測定信号、即ち対応する反射面が「空」の信号発生状態にあるときに点灯される発光ダイオードの列であっても良い。この場合、ユーザーは点灯している発光ダイオードの数から容器のどの高さ位置までが空になっているかを知ることができる。これに関連して、ユーザーは容器の空になっている領域における誤った「満」情報を認識して無視することもできる。
【００１２】
但し、本発明による好適な実施形態においては、測定信号は表示以前に適切な評価ならびに検査を受ける。評価の方法には、例えば光ガイド本体内における光の減衰、散乱光成分、及びノイズ（暗信号）に関する補正を含めることができる。検査の動作としては、容器の空になっている領域にある反射面に付着した小さな液滴に起因して発生する偽信号、即ち隣接する複数の「空」信号の間に生じる偽の「満」信号を判別し、それを例えば隣接する複数の反射面からの信号に置き換えるか或いは内挿するかして適切に補正する妥当性検査を含んでいてもよい。
【００１３】
更に、独立請求項１０及び１３に記載の装置も本発明に属する。
【００１４】
即ち、本発明による装置は、光ガイド本体の複数の反射面から本体端面に向けて反射されてくる光を測定する測定手段を備えており、この測定手段を用いて個々の反射面から反射される光の強さを個別に測定することができる。
【００１５】
本発明の好適な一実施形態によれば、上記測定手段は光ガイド本体の出射部に光学的に接続されている。この光学的な接続は、測定手段を該出射部上に取り付けることにより、更に具体的には、それぞれの反射面で反射されて生じた個々の光ビームごとに少なくとも一つの測定手段を割り当てることによって効果的に行われる。測定手段と光ガイド本体終車部との接続界面における屈折に起因する望ましくない光損失を避けるために、測定手段を出射部に設けた凹部に嵌入させること、及び／又は光ガイド本体に適合した屈折率を持つ透光性の接着剤を用いて光ガイド本体に接続することもできる。
【００１６】
本発明による装置におけるもう一つの有利な実施形態では、測定手段が光ケーブルを用いて出射部に接続されている。光ケーブルは、反射面から端面方向に反射されるそれぞれの光ビームのために少なくとも１本ずつの独立した光ファイバを含み、各光ファイバはそれぞれの測定手段に光学的に接続されていなければならない。このような光ケーブルを用いた接続により、測定手段を光ガイド本体から離れた場所に配置することが可能になる。
【００１７】
反射面は、光ビームの入射方向と４５°の角度をなしていることが好ましい。これにより光ビームは入射方向から９０°の方向に反射され、従って２回目の反射の後には入射光と平行関係を保ちつつ逆方向に向かうようになる。その場合、光ガイド本体の屈折率が約１．４１よりも大きければ（これは実用上考えられる全ての材料に当てはまる）、空気との界面で全反射が起こる。
【００１８】
光ガイド本体の材質は、レベル測定対象の液体に対して耐性でなければならないことは述べるまでもない。自動車燃料タンク用の光ガイド本体の材料としてはポリエーテルスルホン樹脂及びポリエーテルアミド樹脂が適していることが実証されている。
【００１９】
光ガイド本体の製作に関しては、反射面の適切な仕上がりを保証して、光の散乱が制限されるように注意を払わねばならない。その点で適切な製作方法は射出成形である。円形断面の柱状光ガイド本体は機械切削によって製造することもできる。
【００２０】
光ガイド本体の各反射面は、設置対象容器内における所与の注入レベル高さに対応する位置にある。容器内部の断面積が全ての高さ位置で一定であり、かつ複数の反射面が高さ方向に等間隔で階段状に配置されていれば、注入レベルは液体の体積に関して等間隔に表示される。容器内部の形状が高さ方向に不規則である場合には、反射面の高さの間隔を変えて製作しておくことにより液体の体積に関して等間隔の段階表示に対応させることができる。但しこの場合、別のやり方として等間隔に配置された反射面を使用し、それによる測定信号の液体の体積に関する段階表示が等間隔でないことを予め考慮に入れて、評価ユニット中に較正テーブルもしくは較正曲線の関数を記憶させておき、最終的な表示を較正するようにしても良い。
【００２１】
使用する光源は例えば発光ダイオード(LED)で良い。光ガイド本体の大きさに応じて、例えば市販品として入手可能な直径３mm、５mm、又は８mmなどの発光ダイオードを使用することが可能である。また、長方形もしくは正方形の照射特性を有する発光ダイオードを使用することも可能である。
【００２２】
測定手段としては、光導電セルやフォトダイオードのような光センサーを用いることが好ましい。この場合、各反射面について少なくとも一つの光センサーを配置する必要がある。また、各光センサーごとに二つ以上のセンサーを設ければ、測定信号を平均したり、センサーの欠陥に起因する異常な結果を排除するなど、精度の高い測定を行うことが可能である。
【００２３】
光センサーは、予め組み立てられたリニアアレイの形態とすることが特に有利である。フォトダイオードを用いたその種のアレイは、ラインセンサーとして市販品から入手可能である。本明細書では、以下「フォトダイオード」なる用語を色々な場所で、典型的にはあらゆる可能な種類の光センサー（例えば光導電セルのようなものまで）を示すものとして使用する。この点で、本発明は、一つの光センサーが一つ以上の光源からの各個別光ビームと関連付けられているものと解釈すべきである。ラインセンサーは種々の画素数のものが入手可能であるので、光ガイド本体の各第２反射面ごとに少なくとも一つずつ割り当てるに足りるフォトダイオードを含むラインセンサーを選択することが可能である。この形式の光センサーは個々のフォトダイオードの測定信号をシリアルデータとして出力するように適当なスイッチング回路又はシフトレジスタを含んでいても良く、そうすれば評価ユニットへの信号伝送が容易になる。好適なラインセンサーとしては、例えば６４〜１２８個のフォトダイオード（画素）からなるものがある。
【００２４】
本発明による装置は、フォトダイオードから伝送される信号の評価ならびに検査を行う評価手段を更に含むことが好ましい。評価の手順には、例えばフォトダイオードから得られる各測定信号について当該フォトダイオードに対応する反射面が液体中に浸されている（「満」）か否（「空」）かを判別することが含まれる。これに関連して、各反射面についてノイズ、散乱光及び光の減衰に関する特定の補正を考慮に入れても良く、これらの補正は較正測定値によって確立され、ライブラリに記憶される。
【００２５】
また評価ユニットは、前述のような妥当性検査を実行する場合もある。装置構成としては、測定信号の読取り、評価、妥当性検査、注入レベルへの信号変換など、あらゆる評価・検査機能の制御と実行、ならびに表示ユニットへの出力のためのマイクロコントローラを含むことが有利である。
【００２６】
本発明は、液体注入容器の注入レベルの判別に使用することができる。この容器としては、自動車に装備する燃料や洗浄水或いは潤滑油や作動液などの容器を挙げることができる。
【００２７】
本発明を添付図面に示した実施形態によって更に詳細に説明すれば以下の通りである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１に示す光ガイド本体１は横断面形状が矩形であり、上端面２と、幅狭の第１側面１０と、それに対向する同じく幅狭の第２側面２０を有している。本体１は容器内に垂下されるが、その場合、上端面２が容器上壁３の外面と平行に、即ち液体が静止状態にある時には上端面２が液面と平行になるように、容器上壁３に取り付けられる。上端面２には光源６が配置されている光入射部と、ラインセンサー５が配置されている光出射部がある。光源６及びラインセンサー５は、制御機能ならびに評価機能のための電子デバイスを担持している回路基板７の下面に取り付けられており、この回路基板７によって容器上壁３に固定されている。また回路基板７は、上端面２に対する外部からの妨害光の進入を防止する役目も果たしている。第１側面１０と第２側面２０は、それぞれ段差部１１、１２、１３と２１、２２、２３を有し、これらの段差部は、それぞれ第１反射面１５、１６、１７及び第２反射面２５、２６、２７によって接続されている。本体１の下端には更に別の第１反射面１８と第２反射面２８が見られる。これらいずれの反射面も、側面１０及び２０に対して４５°の角度をなしている。ラインセンサー５に属するフォトダイオードの一つ一つが第２反射面２５、２６、２７、２８の一つずつに関連付けられている。図１においては、図示を簡略にするため、三組の段差部１１と２１、１２と２２、１３と２３、及び八つの反射面１５と２５、１６と２６、１７と２７、１８と２８しか示していないが、実際には、所望する分解能にもよるが、例えば７０段程度の遙かに多数の段差部並びに反射面を備えた構成とすることが好ましい。光源６は、実質的に平行光束の光ビームを側面１０と平行な関係を保って放射するように指向方向が調整されている。図示の例では、第１反射面については下端部の第１反射面１８だけが容器内の液体８中に浸され、他の第１反射面１５、１６、１７は気中にある。従って、これら気中の第１反射面に当たる光ビーム３１、３２、３３は全反射され、具体的には４５°の角度でこれら第１反射面に照射された光ビームは入射方向に対して９０°方向に全反射される。この全反射光ビームは対応する第２反射面２５、２６、２７に当たり、ここでもう１度９０°方向に、即ち上端面２の出射部にあるラインセンサー５へ向けて全反射される。第２側面２０は階段状の形態になっているため、それぞれの光ビームは各第２反射面に関連付けられているラインセンサーの各フォトダイオードに入射する。全反射光を受光したフォトダイオードは高い値の測定信号を送出し、これらの信号は評価ユニットによって「空」の信号として認識される。一方、液体に浸されている第１反射面１８に入射した光ビーム３４は反射されることなく屈折されて液中に出て行くため、対応するフォトダイオードには入射しない。従ってこのフォトダイオードの信号は低い値のままであり、これは評価ユニットで「満」の信号として認識されることになる。
【００２９】
図２はマイクロコントローラ２０１の機能を例示するブロック図であり、この場合のマイクロコントローラは、光源６及びラインセンサー５と共に回路基板７に実装されている例である。光源６とラインセンサー５は、光ガイド本体１の上端面に直接隣接するように回路基板７の下面側に実装されている。ラインセンサー５は、210−１から210−ｎまでのｎ個の画素に対応するｎ個のフォトダイオードからなっている。この場合、個数ｎは必ずしも光ガイド本体１に設けられる第２反射面の数と同一である必要はなく、第２反射面の数より多くても良い。但し、個々の第２反射面にはラインセンサーの１画素以上が対応していなければならない。
【００３０】
注入レベルの測定プロセスをタイミング制御するためにマイクロコントローラ２０１はクロック発生器２０３を備えており、このクロック発生器からＣＰＵ（中央処理装置）２０２に信号が供給されている。ＣＰＵ２０２は、入出力ドライバ２０４を介して光源６とラインセンサー５を駆動している。
【００３１】
ラインセンサー５にはスイッチング論理回路２１１及びＸビットのシフトレジスタ２１２が組み込まれており、これらによって個々のフォトダイオードから到来する信号のシリアル出力がＡ／Ｄ変換器２０５に送られる。ディジタル化された信号は次いでＲＡＭ２０６内にフォトダイオードの関連アドレスと共に中間記憶され、妥当性検査に利用される。ＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ２０７には、特に検査の手順、及び測定信号を注入レベル信号に変換するためのデータが記憶されており、これらのデータはＣＰＵ２０２によって呼び出すことができる。それらのデータは、例えば較正試験を行うことによって確認することができる。
【００３２】
また、注入レベルの測定をマイクロコントローラ２０１によって制御するという見地から、光ガイド本体１内部での光の減衰の影響を考慮に入れることも可能である。新品の光ガイド本体の場合は内部での光の減衰は明らかに極く僅かであるが、少なくとも１５年という装置の稼動寿命の間には、被測定液体の影響によって減衰が増大する場合がある。光の減衰の補正は、例えば測定信号に対する変換係数（これは測定に係る光路の長短によって増減する）によって、あるいは光源の点灯時間もしくは光源からの放射強度を適当に変化させることによって実行することができる。このような変化は、上下方向に連なって配置されている反射面の複数群、もしくはそれらに対応して互に近接配置されているフォトダイオードの複数群について、ブロック単位での調整のような態様で行うこともできる。補正データはＥＰＲＯＭ２０７に記憶させることができ、定期的に較正試験によって確認するか、実験値に基いて確立した補正量を例えば車検や定期点検などのメンテナンスの際に自動車のデータシステムに入力して補正しても良い。
【００３３】
このシステムを搭載した自動車が例えばカーブ区間や坂道を通過する際に容器内の液面が動くことによって生じる測定信号の短時間の変動は、評価動作におけるコンピュータ処理によって補償することができる。このような補償機能は容器内におけるサージ制限ポットの代替えに利用でき、或いはサージポットが備えてある場合にはおれを補完することが可能である。
【００３４】
各注入レベルに対応する信号はデジタル又はアナログ方式のディスプレイ２３０に伝送される。電流源２２１には自動車に搭載されている電源を利用しており、その電圧を電圧調節器２２０で安定化して図示しない適切な回路によりマイクロプロセッサ２０１及びラインセンサー５に給電している。
【００３５】
図３は、一例として異なる高さ位置にある三つの反射面に対応する三つのフォトダイオードを有するシステムのための妥当性検査における種々の状態を示す説明図である。黒丸印は対応する反射面に関して「満」の状態が検知されたことを示し、白丸印は「空」であることを示す。左側の丸印の列は評価ユニットで処理される入力信号の状態を示し、右側の列は検査プロセスの完了後に表示される出力信号の状態を示す。マイクロプロセッサによる検査プログラムにおける判定基準は、「満」信号を生じている反射面の下方に位置する反射面の信号は「空」とはなり得ないという原理に基づいている。これは少なくとも現実には起こり得ないことである。図３において、状態ａでは三つの反射面の全ての信号が「空」である。この状態は三つの入力信号の全てが妥当であると判断され、従って出力表示もその通りに行われる。状態ｂでは下段の反射面の信号だけが「満」であり、この状態も三つの反射面全てについて妥当であると判断される。状態ｃでは中段の反射面が「満」を示しているのに上段及び下段の反射面が「空」を示している。このような入力状態は、中段及び下段の反射面について妥当ではない。従ってマイクロプロセッサは、中段の反射面が液滴の付着などで誤って「満」を表示しているものと判断し、表示を「空」に訂正する。状態ｄでは検査プロセスによる表示出力の変更は一切行われない。状態ｅでは、中段の反射面が「空」を示し、他は「満」である。これは、上段の反射面に液滴が付着しているための測定エラーか、中段の第１及び第２反射面の両方ともに気泡が付着しているための測定エラーかの二つの可能性があるが、後者の場合の蓋然性は極めて少ない。それ故、検査プログラムは上段の反射面におけるエラーであると認識し、この上段の反射面の表示出力を「空」に訂正する。状態ｆでは上中下三つの反射面の測定信号がいずれも「満」で一致しているので、やはり妥当である。最後に状態ｇでは、上段反射面の測定信号「満」は妥当ではなく、それは、それよりも下位の中段及び下段の反射面の測定信号がいずれも「空」であるからである。
【００３６】
図４に本発明の具体的な実施形態を示す。光ガイド本体４０１は横断面が円形状のものであり、自動車の燃料タンク４０３内に垂下状に挿入装着されている。光ガイド本体の側面には２２個の段差部４１０があり、段差部と段差部の間には光ガイド本体４０１の軸線に対して４５°の角度をなす反射面４２０が設けられている。個々の段差部の高さは、どの段差部についても段差当たりのタンク容積変化分がそれぞれ同一になるように選ばれている。即ち、具体的には、この実施形態においては領域Ａのタンク横断面積が最も小さくなっているので、この領域における各段差部は比較的大きな高さとなっており、段差当たりのタンク容積変化分は例えば２リットルに相当するようになっている。領域Ｃではタンク横断面積が比較的大きく、そのため、この領域における各段差部では、同じ２リットルの容積変化分に相当する段差高さが小さくなっている。領域Ｂでは高さ位置が上に行くに従ってタンク横断面積が徐々に小さくなっており、これと相補的に領域Ｂ内の各段差部は上に行くほど段差高さが大きくなっている。
【００３７】
光ガイド本体４０１の上端面４０２上には、発光ダイオード４０６及びラインセンサー４０５を下面に担持した回路基板４０７が配置されている。発光ダイオードから光ガイド本体の内部に放射された光（図４には示されていない）は、本体内で各反射面４２０によって全反射されるか或いは反射面を透過して屈折光として液体中に行くかであり、内部で全反射された光ビーム列４３０は更に対向する反射面で全反射してラインセンサー４０５に入射する。この場合、本体半径方向に関する光ビーム４３０列の入射幅は燃料４０８の液面レベルに対応しており、タンクが満タン状態である場合には全反射でラインセンサー４０５に到達する光ビーム列の入射幅は実質的に零であるが、タンクが空である場合には光ビーム列の入射幅は最大になる。従って、ラインセンサーで受光される光ビーム列の入射幅は、タンクの最大充填量からの燃料の減少量に比例して各注入レベルに応じて変化する。光ビームがラインセンサー４０５に入射すると、センサーアレイの個々のフォトダイオードから生じる光ビーム測定信号が逐次読み出され、先に述べたような妥当性検査プロセスに供される。その場合、液体中に浸されている反射面のうちの最上段の反射面と、液体中に浸されていない反射面のうちの最下段の反射面との間の境界、即ち液面位置が前述のように検知され、適当な信号変換処理を経て例えばリットル単位で表示される。
【００３８】
この実施形態によるシステムを用いて行った試験において、ラインセンサーのフォトダイオード１個のみによる「空」信号は「満」信号の約１４倍の大きさであることが判明した。このことは、散乱光、液体中に浸された反射面における残留反射、及びノイズの比率が実用上充分に小さいことを示している。
【００３９】
光ガイド本体１の動作信頼性は、図５に示すように矩形横断面形状の光ガイド本体の場合に第２反射面(525, 526, 527, 528)を永久反射特性の反射面、例えば鏡面とすることにより更に改善することができる。この場合、各段差部において反射面の対の一方の反射面(515, 516, 517, 518)しか液滴付着の影響を受けないので、外面への液滴の付着に起因するトラブルは起こり難くなる。またこの場合、注入レベルに応じて全反射を生じる状態、即ち「空」レベルにおいては、より多くの光がラインセンサー５へ向けて反射されるようになる。
【００４０】
更に、光ガイド本体に用いているプラスチック材料の経時劣化による影響を回避するためには、図５及び図６に示すように少なくとも一部の第１反射面(515, 516, 517, 518)を更に少なくとも部分的に鏡面とし、各段の反射部の対において燃料液面レベルによる影響を受けない参照信号を発生できるようにして、この参照信号を用いて光ガイド本体１の光伝導性に関する信号評価に考慮に入れることが可能な情報を生成できるようにすると有利である。一般的には、最も低い位置に配置されている反射面(518, 528)の対だけは実質的に常時液体中に浸されているので、いかなる場合でも例えば最上段の反射面と最下部の反射面について参照信号を取り出し、それらの信号を相互に比較する方法が可能である。
【００４１】
図７は、光ガイド本体が円形横断面形状を有する場合の同様の変形実施形態を下方から見上げた模式図であり、この場合、反射面７２０は全周角度範囲のうち２７０°の範囲が完全な鏡面に仕上げられており、残りのあたかも円形のパイから切り取ったような扇形に見える部分は鏡面ではなく透明な境界面となっている。尚、図７に示した実施形態による光ガイド本体１において、複数の鏡面部は大略扇形であればよく、また必ずしも上述のような角度範囲で鏡面を分ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】光ガイド本体とその周辺構造の縦断面図である。
【図２】測定評価装置のブロック回路図である。
【図３】妥当性検査における種々の状態を示す模式図である。
【図４】本発明による装置の一実施形態の要部を示す断面図である。
【図５】本発明による装置の別の実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図６】図５の実施形態における光ガイド本体を下方から見た模式図である。
【図７】図５と図６に示す原理に基く円形断面の光ガイド本体を下方から見た斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  光ガイド本体
２  端面
３  容器の壁
５  ラインセンサー
６  光源
７  回路基板
８  液体
１０  幅狭の側面
１１  段差部
１２  段差部
１３  段差部
１５  第１反射面
１６  第１反射面
１７  第１反射面
１８  第１反射面
２０  幅狭の側面
２１  段差部
２２  段差部
２３  段差部
２５  第２反射面
２６  第２反射面
２７  第２反射面
２８  第２反射面
３１  光ビーム
３２  光ビーム
３３  光ビーム
３４  光ビーム
２０１  マイクロコントローラ
２０２  ＣＰＵ（中央処理装置）
２０３  クロック発生器
２０４  入出力ドライバ
２０５  Ａ／Ｄ変換器
２０６  ＲＡＭ
２０７  ＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ
２１０  フォトダイオードアレイ
２１１  スイッチング論理回路
２１２  Ｘビットシフトレジスタ
２２０  電圧調整器
２２１  電流源より
２３０  ディスプレイへ
４０１  光ガイド本体
４０２  端面
４０３  燃料タンク
４０５  ラインセンサー
４０６  発光ダイオード
４０８  燃料液面
４１０  段差部
４２０  反射面
４３０  光ビーム列
５１５  第１反射面
５１６  第１反射面
５１７  第１反射面
５１８  第１反射面
５２５  第２反射面
５２６  第２反射面
５２７  第２反射面
５２８  第２反射面
７２０  鏡面仕上の反射面
７２１  鏡面仕上げされていない反射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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