(57)【要約】【課題】  より様々な態様の検出対象物を検出可能である反射式検出装置を提供すること。【解決手段】  反射式検出装置Ａ１は、テラヘルツ波を発振する発振素子１１と、テラヘルツ波を出射する出射部１０と、検出対象物９によって反射されたテラヘルツ波が入射する入射部２０と、入射部２０に入射したテラヘルツ波を検出する検出素子２１と、を備え、出射部１０および入射部２０は、検出対象物９に対してｙ方向一方側に配置され、且つｘ方向に互いに離間しており、出射部１０から出射されたテラヘルツ波は、ｙ方向において検出対象物９に向かうほどｘ方向において出射部１０から入射部２０に向かうようにｙ方向に対して傾斜した出射方向に進行し、入射部２０に入射するテラヘルツ波はｙ方向において検出対象物９から離間するほどｘ方向において出射部１０から入射部２０に向かうようにｙ方向に対して傾斜した入射方向に進行する。【選択図】  図１
2018004365.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ波を発振する発振素子と、
前記テラヘルツ波を出射する出射部と、
検出対象物によって反射された前記テラヘルツ波が入射する入射部と、
前記入射部に入射した前記テラヘルツ波を検出する検出素子と、を備え、
前記出射部および前記入射部は、前記検出対象物に対して第１方向一方側に配置され、且つ前記第１方向に直角である第２方向に互いに離間しており、
前記出射部から出射された前記テラヘルツ波は、前記第１方向において前記検出対象物に向かうほど前記第２方向において前記出射部から前記入射部に向かうように前記第１方向に対して傾斜した出射方向に進行し、
前記入射部に入射する前記テラヘルツ波は、前記第１方向において前記検出対象物から離間するほど前記第２方向において前記出射部から前記入射部に向かうように前記第１方向に対して傾斜した入射方向に進行する、反射式検出装置。
【請求項２】
前記発振素子および前記検出素子を内蔵するケースを備える、請求項１に記載の反射式検出装置。
【請求項３】
前記ケースは、前記テラヘルツ波を透過させる、請求項２に記載の反射式検出装置。
【請求項４】
前記ケースは、前記発振素子および前記検出素子を密閉状態で内蔵する、請求項３に記載の反射式検出装置。
【請求項５】
前記ケースは、樹脂からなる、請求項４に記載の反射式検出装置。
【請求項６】
前記第２方向において前記出射部と前記入射部との間に位置し且つ前記テラヘルツ波を遮蔽する遮蔽部を備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の反射式検出装置。
【請求項７】
前記遮蔽部は、前記出射部および前記入射部よりも前記第１方向他方側に位置する第１端を有する、請求項６に記載の反射式検出装置。
【請求項８】
前記遮蔽部は、前記出射部および前記入射部よりも前記第１方向一方側に位置する第２端を有する、請求項７に記載の反射式検出装置。
【請求項９】
前記遮蔽部は、前記第１端および前記第２端の間に、前記第２方向において前記出射部側を向く出射側面と、前記第２方向において前記入射部側を向く入射側面と、を有する、請求項８に記載の反射式検出装置。
【請求項１０】
前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第１端および前記第２端が互いに対向する一対の辺である矩形状である、請求項９に記載の反射式検出装置。
【請求項１１】
前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第１方向を長手方向とする長矩形状である、請求項１０に記載の反射式検出装置。
【請求項１２】
前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第２方向に延びて前記第１端を含む第１部と、前記第１方向に延びて前記第２端を含む第２部とを有する、請求項１０に記載の反射式検出装置。
【請求項１３】
前記出射側面と前記入射側面とは、互いに平行である、請求項１０ないし１２のいずれかに記載の反射式検出装置。
【請求項１４】
前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第１端を一辺とし前記第２端を頂角とする三角形状である、請求項９に記載の反射式検出装置。
【請求項１５】
前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第２方向両側に離間配置されて前記第１端を含む一対の第１部と、前記一対の第１部に繋がる一対の斜辺部およびこれらの斜辺部を繋ぐ折返し部を有し前記第２端を含む第２部と、を有する、請求項９に記載の反射式検出装置。
【請求項１６】
前記出射側面と前記入射側面とは、前記第１方向一方側から前記第１方向他方側に向かうほど前記第２方向において離間するように傾斜している、請求項１４または１５に記載の反射式検出装置。
【請求項１７】
前記遮蔽部は、前記ケースに内蔵されている、請求項２ないし５のいずれかを引用する請求項６ないし１６のいずれかに記載の反射式検出装置。
【請求項１８】
前記発振素子を具備する発振ユニットと、
前記検出素子を具備し且つ前記発振ユニットとは別体とされた検出ユニットと、
を備える、請求項１に記載の反射式検出装置。
【請求項１９】
前記発振ユニットおよび前記検出ユニットとは別体とされた制御ユニットを備える、請求項１８に記載の反射式検出装置。
【請求項２０】
前記出射部は、前記発振素子からの前記テラヘルツ波を前記出射方向に進行させるように反射する出射側反射手段によって構成されている、請求項１ないし１９のいずれかに記載の反射式検出装置。
【請求項２１】
前記発振素子から前記出射側反射手段に向かう前記テラヘルツ波は、前記第１方向に沿って進行する、請求項２０に記載の反射式検出装置。
【請求項２２】
前記入射部は、前記入射方向に進行してきた前記テラヘルツ波を前記検出素子に検出させるように反射する入射側反射手段によって構成されている、請求項２０または２１に記載の反射式検出装置。
【請求項２３】
前記入射側反射手段から前記検出素子に向かう前記テラヘルツ波は、前記第１方向に沿って進行する、請求項２２に記載の反射式検出装置。
【請求項２４】
前記検出対象物は、内部空間を有する筒部と、前記内部空間に充填される流体と、を含む、請求項１ないし２３のいずれかに記載の反射式検出装置。
【請求項２５】
前記発振素子および前記出射部を有する発振モジュールを備える、請求項１ないし２４のいずれかに記載の反射式検出装置。
【請求項２６】
前記検出素子および前記入射部を有する検出モジュールを備える、請求項１ないし２５のいずれかに記載の反射式検出装置。
【請求項２７】
前記発振素子は、共鳴トンネルダイオードを含む、請求項１ないし２６のいずれかに記載の反射式検出装置。
【請求項２８】
前記検出素子は、共鳴トンネルダイオードを含む、請求項１ないし２７のいずれかに記載の反射式検出装置。
【請求項２９】
前記検出素子は、ショットキーバリアダイオードを含む、請求項１ないし２７のいずれかに記載の反射式検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を用いた反射式検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業製品の製造時や日常における各種装置の使用時において、槽や管の内部空間における液体の有無を検出することが広くなされている。特許文献１には、いわゆる透過型の液体検出装置が開示されている。また、特許文献２には、いわゆる静電容量型の液体検出装置が開示されている。
【０００３】
しかしながら、透過型の液体検出装置は、槽や管の一部を検出光が透過しうる透明な材料によって形成することが強いられる。また、静電容量型の液体検出装置は、複数の箇所において液体の有無を検出する際に、隣り合う液体検出装置の干渉を避けるべく、互いの距離を十分に確保することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１０２７０１号公報
【特許文献２】特開２０１３−９２４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、より様々な態様の検出対象物を検出可能である反射式検出装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によって提供される反射式検出装置は、テラヘルツ波を発振する発振素子と、前記テラヘルツ波を出射する出射部と、検出対象物によって反射された前記テラヘルツ波が入射する入射部と、前記入射部に入射した前記テラヘルツ波を検出する検出素子と、を備え、前記出射部および前記入射部は、前記検出対象物に対して第１方向一方側に配置され、且つ前記第１方向に直角である第２方向に互いに離間しており、前記出射部から出射された前記テラヘルツ波は、前記第１方向において前記検出対象物に向かうほど前記第２方向において前記出射部から前記入射部に向かうように前記第１方向に対して傾斜した出射方向に進行し、前記入射部に入射する前記テラヘルツ波は、前記第１方向において前記検出対象物から離間するほど前記第２方向において前記出射部から前記入射部に向かうように前記第１方向に対して傾斜した入射方向に進行する。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記発振素子および前記検出素子を内蔵するケースを備える。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ケースは、前記テラヘルツ波を透過させる。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ケースは、前記発振素子および前記検出素子を密閉状態で内蔵する。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記ケースは、樹脂からなる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記第２方向において前記出射部と前記入射部との間に位置し且つ前記テラヘルツ波を遮蔽する遮蔽部を備える。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記遮蔽部は、前記出射部および前記入射部よりも前記第１方向他方側に位置する第１端を有する。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記遮蔽部は、前記出射部および前記入射部よりも前記第１方向一方側に位置する第２端を有する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記遮蔽部は、前記第１端および前記第２端の間に、前記第２方向において前記出射部側を向く出射側面と、前記第２方向において前記入射部側を向く入射側面と、を有する。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第１端および前記第２端が互いに対向する一対の辺である矩形状である。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第１方向を長手方向とする長矩形状である。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第２方向に延びて前記第１端を含む第１部と、前記第１方向に延びて前記第２端を含む第２部とを有する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記出射側面と前記入射側面とは、互いに平行である。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第１端を一辺とし前記第２端を頂角とする三角形状である。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記遮蔽部の前記第１方向および前記第２方向に沿う断面形状は、前記第２方向両側に離間配置されて前記第１端を含む一対の第１部と、前記一対の第１部に繋がる一対の斜辺部およびこれらの斜辺部を繋ぐ折返し部を有し前記第２端を含む第２部と、を有する。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記出射側面と前記入射側面とは、前記第１方向一方側から前記第１方向他方側に向かうほど前記第２方向において離間するように傾斜している。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記遮蔽部は、前記ケースに内蔵されている。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記発振素子を具備する発振ユニットと、前記検出素子を具備し且つ前記発振ユニットとは別体とされた検出ユニットと、を備える。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記発振ユニットおよび前記検出ユニットとは別体とされた制御ユニットを備える。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記出射部は、前記発振素子からの前記テラヘルツ波を前記出射方向に進行させるように反射する出射側反射手段によって構成されている。
【００２６】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記発振素子から前記出射側反射手段に向かう前記テラヘルツ波は、前記第１方向に沿って進行する。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記入射部は、前記入射方向に進行してきた前記テラヘルツ波を前記検出素子に検出させるように反射する入射側反射手段によって構成されている。
【００２８】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記入射側反射手段から前記検出素子に向かう前記テラヘルツ波は、前記第１方向に沿って進行する。
【００２９】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出対象物は、内部空間を有する筒部と、前記内部空間に充填される流体と、を含む。
【００３０】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記発振素子および前記出射部を有する発振モジュールを備える。
【００３１】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出素子および前記入射部を有する検出モジュールを備える。
【００３２】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記発振素子は、共鳴トンネルダイオードを含む。
【００３３】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出素子は、共鳴トンネルダイオードを含む。
【００３４】
本発明の好ましい実施の形態においては、前記検出素子は、ショットバリアキーダイオードを含む。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、より様々な態様の検出対象物を検出できる。
【００３６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に基づく反射式検出装置を示す断面図である。
【図２】図１の反射式検出装置を示すシステム構成図である。
【図３】図１の反射式検出装置の発振モジュールおよび検出モジュールを示す断面図である。
【図４】図１の反射式検出装置の遮蔽部を示す断面図である。
【図５】図１の反射式検出装置の使用例を示すシステム構成図である。
【図６】図１の反射式検出装置の使用例を示す断面図である。
【図７】図１の反射式検出装置による検出例を示すグラフである。
【図８】遮蔽部を備えない場合の反射式検出装置による検出例を示すグラフである。
【図９】遮蔽部の変形例を示す断面図である。
【図１０】遮蔽部の他の変形例を示す断面図である。
【図１１】遮蔽部の他の変形例を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に基づく反射式検出装置を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に基づく反射式検出装置を示す断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態に基づく反射式検出装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００３９】
図１および図２は、本発明の第１実施形態に基づく反射式検出装置を示している。本実施形態の反射式検出装置Ａ１は、発振モジュール１、検出モジュール２、遮蔽部３、ケース５、制御部７１、電源部７２、合成部７３、変調信号生成部７４、アンプ部７５、入出力部７６、表示ランプ７７および制御基板７８を備えている。反射式検出装置Ａ１は、テラヘルツ波を利用して、検出対象物９の状態を検出する装置である。
【００４０】
図１は、反射式検出装置Ａ１を示す断面図である。図２は、反射式検出装置Ａ１を示すシステム構成図である。これらの図において、ｙ方向が、第１方向に相当し、ｘ方向が、第２方向に相当する。
【００４１】
本発明において、テラヘルツ波とは、概ね１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚの周波数帯に属する電磁波を指すが、本発明が意図する効果を奏する周波数帯の電磁波が適宜含まれる。
【００４２】
発振モジュール１は、テラヘルツ波を発振するモジュールであり、発振素子１１が内蔵されている。発振素子１１は、テラヘルツ波を発振可能な構成であれば特に限定されず、本実施形態においては、発振素子１１が共鳴トンネルダイオードを含む場合を例に説明する。また、発振素子１１は、テラヘルツ波を所望の方向に進行させるための機構としてたとえばスロットアンテナを備えていてもよい。
【００４３】
共鳴トンネルダイオードは、バンドギャップが小さい半導体からなる量子井戸層をバンドギャップが大きい半導体からなる極めて薄い一対の障壁層によって挟んだ二重障壁構造を有するダイオードであり、たとえば特開２０１２−２１７１０７号公報に開示された具体的構造を有する。共鳴トンネルダイオードは、印加される電圧の増加に対して電流が減少する負性抵抗を利用することにより、テラヘルツ波を発振する。このような共鳴トンネルダイオードは、テラヘルツ波を発振するデバイスとして比較的小型に形成可能であるという利点を有する。なお、発振素子１１を反射式検出装置Ａ１に搭載するための具体的構成は、特に限定されない、発振素子１１を有する様々な構成の発振モジュール１を採用してもよいし、反射式検出装置Ａ１の他の構成要素に発振素子１１を直接実装してもよい。以降の実施形態においては、図３に示す構造の発振モジュール１が採用された場合を例に説明する。
【００４４】
図３は、発振モジュール１を示す断面図である。発振モジュール１は、発振素子１１の他に、ベース１２、一対のリード１３、カバー１４および封止板１５を有する。
【００４５】
ベース１２は、発振素子１１を支持するものであり、たとえばＦｅ合金等の金属からなる。図示されたベース１２は、ステム１２１とサブマウント１２２とを有する。ステム１２１は、平面視円形状の板状部分であり、サブマウント１２２は、ステム１２１の上面に設けられており、ステム１２１から突出している。発振素子１１は、サブマウント１２２の上面に搭載されている。
【００４６】
一対のリード１３は、ＦｅやＣｕ等の金属からなり、発振モジュール１の外部端子をなすものである。リード１３は、ステム１２１に形成された貫通孔に絶縁体を介在して挿通されている。このリード１３は、たとえばワイヤを介して発振素子１１と導通している。
【００４７】
カバー１４は、ベース１２のステム１２１に取り付けられており、たとえば平面視円形状のカップ形状部材である。カバー１４は、たとえばテラヘルツ波を遮蔽するＦｅ等の金属からなる。カバー１４には、貫通孔が設けられている。この貫通孔は、テラヘルツ波を通過させるためのものである。
【００４８】
封止板１５は、カバー１４の貫通孔を塞いでいる。封止板１５は、テラヘルツ波が透過する材質からなり、たとえば樹脂からなる。
【００４９】
本実施形態においては、発振モジュール１の封止板１５からテラヘルツ波が出射される部位が、出射部１０となっている。出射部１０は、当該部位から出射されたテラヘルツ波が、意図的な反射や屈折を受けることなく検出対象物９へと出射される部位である。ただし、出射部１０から検出対象物９に到達するまでのテラヘルツ波は、他の要素を透過する際に不可避的に生じる僅かな屈折等を受けうる。出射部１０は、検出対象物９に対してｙ方向一方側に配置されている。本実施形態とは異なり、発振素子１１が反射式検出装置Ａ１の他の部位に直接実装された場合、出射部１０は、発振素子１１からテラヘルツ波が出射される表面となる。
【００５０】
検出モジュール２は、テラヘルツ波を検出するモジュールであり、検出素子２１が内蔵されている。検出素子２１は、テラヘルツ波を検出可能な構成であれば特に限定されず、本実施形態においては、検出素子２１が共鳴トンネルダイオードを含む場合を例に説明する。なお、検出素子２１としては、共鳴トンネルダイオードに代えて、たとえばショットキーバリアダイオードを用いてもよい。また、検出素子２１は、所望の方向から進行してきたテラヘルツ波を検出ための機構としてたとえばスロットアンテナを備えていてもよい。なお、検出素子２１を反射式検出装置Ａ１に搭載するための具体的構成は、特に限定されない、検出素子２１を有する様々な構成の検出モジュール２を採用してもよいし、反射式検出装置Ａ１の他の構成要素に検出素子２１を直接実装してもよい。以降の実施形態においては、図３に示す構造の検出モジュール２が採用された場合を例に説明する。
【００５１】
図３に示すように、検出モジュール２は、発振モジュール１と同様の構成とすることができる。図示された検出モジュール２は、検出素子２１の他に、ベース２２、一対のリード２３、カバー２４および封止板２５を有する。ベース２２、一対のリード２３、カバー２４および封止板２５については、ベース１２、一対のリード１３、カバー１４および封止板１５と同様の説明であるため省略する。ベース２２は、ベース１２と同様に、ステム２２１およびサブマウント２２２からなる。
【００５２】
本実施形態においては、検出モジュール２の封止板２５にテラヘルツ波が入射する部位が、入射部２０となっている。入射部２０は、検出対象物９から向かってきたテラヘルツ波が、意図的な反射や屈折を受けることなく当該部位に入射する部位である。ただし、検出対象物９から入射部２０に到達するまでのテラヘルツ波は、他の要素を透過する際に不可避的に生じる僅かな屈折等を受けうる。入射部２０は、検出対象物９に対してｙ方向一方側に配置されている。本実施形態とは異なり、検出素子２１が反射式検出装置Ａ１の他の部位に直接実装された場合、入射部２０は、テラヘルツ波が検出素子２１に入射する表面となる。
【００５３】
遮蔽部３は、図１に示すように、ｘ方向において出射部１０と入射部２０との間に位置し且つテラヘルツ波を遮蔽するものである。遮蔽部３は、テラヘルツ波を遮蔽する材料からなり、たとえば金属からなる。
【００５４】
図４に示すように、遮蔽部３は、第１端３０１、第２端３０２、出射側面３３１および入射側面３３２を有する。第１端３０１は、出射部１０および入射部２０よりもｙ方向他方側（検出対象物９側）に位置する。第２端３０２は、出射部１０および入射部２０よりもｙ方向一方側に位置する。
【００５５】
出射側面３３１は、第１端３０１および第２端３０２の間に位置しており、ｘ方向において出射部１０側を向く面である。入射側面３３２は、第１端３０１および第２端３０２の間に位置しており、ｘ方向において入射部２０側を向く面である。本実施形態においては、遮蔽部３のｘ方向およびｙ方向に沿う断面形状は、第１端３０１および第２端３０２が互いに対向する一対の辺である矩形状であり、ｙ方向を長手方向とする矩形状である。また、出射側面３３１および入射側面３３２は、互いに平行でありｙ方向に沿っている。
【００５６】
ケース５は、発振モジュール１、検出モジュール２、遮蔽部３、制御部７１、電源部７２、合成部７３、変調信号生成部７４、アンプ部７５、入出力部７６、表示ランプ７７および制御基板７８を収容している。本実施形態においては、ケース５は、薬液等による変質を受けにくい材料からなり、たとえば樹脂からなる。
【００５７】
ケース５は、発振側支持部５１および検出側支持部５２を有する。発振側支持部５１は、発振モジュール１を支持している。検出側支持部５２は、検出モジュール２を支持している。これにより、発振モジュール１は、出射部１０から出射されたテラヘルツ波が、ｙ方向において検出対象物９に向かうほどｘ方向において出射部１０から入射部２０に向かうようにｙ方向に対して出射角α１だけ傾斜した出射方向に進行するように設置されている。また、検出モジュール２は、入射部２０に入射するテラヘルツ波が、ｙ方向において検出対象物９から離間するほどｘ方向において出射部１０から入射部２０に向かうようにｙ方向に対して入射角α２だけ傾斜した入射方向に進行するように設置されている。出射角α１および入射角α２の角度は特に限定されず、図示された例においては、出射角α１および入射角α２は、いずれも６０°である。出射角α１および入射角α２は、好ましくは、４０°〜６０°に設定される。
【００５８】
制御部７１、電源部７２、合成部７３、変調信号生成部７４、アンプ部７５、入出力部７６および表示ランプ７７は、本実施形態においては、制御基板７８に実装されている。なお、図１においては、便宜上、制御部７１、変調信号生成部７４、アンプ部７５、入出力部７６および表示ランプ７７を示している。
【００５９】
制御部７１は、発振モジュール１によるテラヘルツ波の発振、検出モジュール２によるテラヘルツ波の検出や、外部機器との信号送受を行う等の制御を行う。制御部７１は、たとえばＣＰＵからなる。
【００６０】
電源部７２は、外部から受けた電力を発振モジュール１に適した電力に変換する等の電力供給機能を果たすものである。変調信号生成部７４は、制御部７１の指令に基づいた波長の変調信号を生成するものである。合成部７３は、電源部７２からの電力電流と変調信号生成部７４からの変調信号電流とを合成するものである。アンプ部７５は、検出モジュール２からの出力信号を増幅するものである。入出力部７６は、制御部７１の制御により所望の信号を外部に出力する部位である。表示ランプ７７は、たとえばＬＥＤチップを具備し、反射式検出装置Ａ１の動作や状態に応じて制御部７１の指令により点灯する。たとえば、ケース５が半透明の樹脂からなる場合、表示ランプ７７が点灯すると、ケース５を透して外部から表示ランプ７７の点灯を視認することができる。
【００６１】
また、本実施形態においては、発振モジュール１と制御基板７８とが、発振側ケーブル８１によって接続されている。また、検出モジュール２と制御基板７８とが、検出側ケーブル８２によって接続されている。主ケーブル８０は、入出力部７６から延びており、外部との電力や信号の送受に用いられる。
【００６２】
図５は、反射式検出装置Ａ１の使用例を示している。なお、図示された例は、反射式検出装置Ａ１の使用態様を示す一例であり、反射式検出装置Ａ１の用途は特に限定されない。
【００６３】
検出対象物９は、筒部９１および流体槽９４を有する。流体槽９４は、流体９３を貯留する槽である。筒部９１は、流体槽９４に接続されており、内部空間９２を有する。内部空間９２には、流体槽９４に貯留された流体９３が流入する。このため、流体槽９４における流体９３の液面と筒部９１における流体９３の液面とは、略同じ高さとなる。筒部９１および流体槽９４は、いずれも薬液等の流体９３による変質を受けない材料からなる。このような材料としては、たとえば樹脂が用いられる。さらに、本実施形態においては、筒部９１および流体槽９４は、可視光に対して不透明である樹脂からなる。
【００６４】
図示された例においては、２つの反射式検出装置Ａ１が筒部９１の近傍に設置されている。図中上方の反射式検出装置Ａ１は、流体９３の液面の上限に相当する位置に設けられている。図中下方の反射式検出装置Ａ１は、流体９３の液面の下限に相当する位置に設けられている。
【００６５】
供給パイプ９５は、流体槽９４に流体９３を供給するための経路を構成している。供給ポンプ９６は、流体９３を供給するための駆動源である。制御部９７は、反射式検出装置Ａ１の検出結果に基づいて、供給ポンプ９６の駆動を制御する。
【００６６】
次に、反射式検出装置Ａ１の作用について説明する。
【００６７】
図１は、筒部９１の内部空間９２に流体９３が充填されていない状態を示している。本状態においては、発振素子１１によって発振されたテラヘルツ波は、出射部１０からｙ方向に対して出射角α１の角度で検出対象物９に向かって進行する。そして、このテラヘルツ波は、ケース５および筒部９１を透過して、筒部９１の内面において樹脂と空気との屈折率の差が相対的に大であることによって反射される。反射されたテラヘルツ波は、ｙ方向に対して入射角α２の角度で筒部９１およびケース５を透過して入射部２０へと入射する。そして、このテラヘルツ波は、検出素子２１によって検出される。検出素子２１からの検出信号に基づき、制御部７１は、テラヘルツ波の検出がなされたと判断し、外部へと信号を送信する。
【００６８】
図６は、筒部９１の内部空間９２に流体９３が充填された状態を示している。本状態においては、出射部１０から出射されたテラヘルツ波は、ケース５および筒部９１を透過した後に、樹脂と液体との屈折率の差が相対的に小であることから、流体９３に吸収される。このため、検出素子２１は、検出対象物９によって反射されたテラヘルツ波をほとんど検出しない。検出素子２１からの検出信号に基づき、制御部７１は、テラヘルツ波の検出がなされなかったと判断し、外部へと信号を送信する。
【００６９】
このように、発振素子１１によって発振されたテラヘルツ波が検出素子２１によって検出されたか否かによって、筒部９１の内部空間９２における流体９３の有無を検出することができる。テラヘルツ波は、可視光に対して不透明である樹脂等を透過するため、筒部９１の一部をたとえば透明な材料によって形成する必要が無い。また、テラヘルツ波は、指向性が比較的高い電磁波であるため、図５に示す一方の反射式検出装置Ａ１から発振されたテラヘルツ波が、他方の反射式検出装置Ａ１の検出に影響を及ぼすおそれが小さい。したがって、反射式検出装置Ａ１によれば、より様々な態様の検出対象物９をより高精度に検出することができる。
【００７０】
図７は、検出対象物９と反射式検出装置Ａ１とのｙ方向における距離Ｄｙと、検出素子２１における検出強度に相関する検出電圧Ｖｓとの関係を示している。内部空間９２内に流体９３が無い場合（図１の場合）、距離Ｄｙが１．６ｍｍ程度である条件において、検出電圧Ｖｓが最大となる。これは、出射角α１および入射角α２の大きさに相関する。したがって、反射式検出装置Ａ１における出射角α１および入射角α２の大きさや、ケース５および検出対象物９の大きさ等に応じて、好ましい大きさの検出電圧Ｖｓが得られる位置に反射式検出装置Ａ１を配置すればよい。一方、内部空間９２内に流体９３がある場合（図６の場合）、検出電圧Ｖｓは、距離Ｄｙを変更しても有意な増大がほとんどみられない。反射式検出装置Ａ１の設置条件としては、流体９３の有無によって検出電圧Ｖｓの差が大きくなる条件が好ましい。
【００７１】
図８は、検出対象物９と遮蔽部３を備えない場合の反射式検出装置Ａ１とのｙ方向における距離Ｄｙと、検出素子２１における検出強度に相関する検出電圧Ｖｓとの関係を示している。同図から理解されるように、流体９３の有無によらず、距離Ｄｙが４ｍｍ程度である条件において検出電圧Ｖｓが最大となっている。これは、筒部９１の外面やケース５の内面において反射されたテラヘルツ波を検出素子２１が検出したものであると推測される。図７に示すグラフにおいて距離Ｄｙが４ｍｍ程度でのピークが見られない要因は、筒部９１の外面やケース５の内面において反射されたテラヘルツ波が、遮蔽部３によって遮蔽されたことによる。遮蔽部３は、出射部１０と入射部２０との間にあるため、意図しない経路を進行するテラヘルツ波を遮蔽することが可能である。また、出射部１０および入射部２０よりもｙ方向において検出対象物９側にある第１端３０１により、遮蔽部３の遮蔽効果をより高めることができる。第２端３０２が、出射部１０および入射部２０よりもｙ方向において出射部１０および入射部２０よりも検出対象物９とは反対側にあることにより、遮蔽部３の遮蔽効果をより高めることができる。
【００７２】
発振素子１１および検出素子２１として共鳴トンネルダイオードを採用することにより、発振モジュール１および検出モジュール２を、より小型なモジュールとして構成することができる。このような発振モジュール１および検出モジュール２は、ケース５に一括して内蔵されるのに好ましい。さらに、反射式検出装置Ａ１においては、発振モジュール１および検出モジュール２と、制御部７１および電源部７２をはじめとする制御機能および電源機能を果たす要素とが、一体化された装置として構成することができる。これは、筒部９１等に対して検出に好ましい位置に反射式検出装置Ａ１を配置するのに好ましい。また、ケース５が樹脂等からなる密閉構造であることにより、反射式検出装置Ａ１を筒部９１に近接して設けた場合に、反射式検出装置Ａ１が薬液等の流体９３に曝されても適切な動作を確保することができる。
【００７３】
図９〜図１４は、本発明の変形例および他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
【００７４】
図９〜図１１は、遮蔽部３の変形例を示している。
【００７５】
図９に示す遮蔽部３は、第１部３１および第２部３２を有している。第１部３１は、ｘ方向に延びており、第１端３０１を含む部位である。第２部３２は、ｙ方向に延びており、第２端３０２を含む部位である。第２部３２は、第１部３１のｘ方向中央に繋がっている。
【００７６】
図１０に示す遮蔽部３は、ｘ方向およびｙ方向に沿う断面形状が、第１端３０１を一辺とし、第２端３０２を頂角とする三角形状である。本変形例においては、出射側面３３１と入射側面３３２とが、ｙ方向一方側からｙ方向他方側に向かうほどｘ方向において互いに離間するようにｙ方向に対して傾斜している。
【００７７】
図１１に示す遮蔽部３は、一対の第１部３１と第２部３２とを有する。一対の第１部３１は、ｘ方向に離間配置されており、各々が第１端３０１を含む。第２部３２は、一対の斜辺部３２１および折返し部３２２を有する。一対の斜辺部３２１は、それぞれがｙ方向に対して傾斜しており、折返し部３２２によって連結されている。折返し部３２２は、第２端３０２を含む。本変形例においても、出射側面３３１と入射側面３３２とが、ｙ方向一方側からｙ方向他方側に向かうほどｘ方向において互いに離間するようにｙ方向に対して傾斜している。
【００７８】
図９〜図１１に示す遮蔽部３は、反射式検出装置Ａ１および以降の実施形態に適宜採用することができる。
【００７９】
図１２は、本発明の第２実施形態に基づく反射式検出装置を示している。本実施形態の反射式検出装置Ａ２は、発振側反射手段４１および検出側反射手段４２を備えている。
【００８０】
発振側反射手段４１は、発振素子１１からのテラヘルツ波を、ｙ方向に対して出射角α１をなす出射方向に進行するように反射するものである。発振側反射手段４１の材質は、テラヘルツ波を反射しうるものであれば良く、たとえば金属からなる。発振側反射手段４１は、発振側反射面４１１を有する。発振側反射面４１１は、テラヘルツ波を反射する面である。本実施形態においては、発振側反射面４１１のうちテラヘルツ波を反射する部位が、出射部１０となっている。
【００８１】
検出側反射手段４２は、検出対象物９からｙ方向に対して入射角α２をなす入射方向に進行してきたテラヘルツ波を、検出素子２１に検出させるように反射するものである。検出側反射手段４２の材質は、テラヘルツ波を反射しうるものであれば良く、たとえば金属からなる。検出側反射手段４２は、検出側反射面４２１を有する。検出側反射面４２１は、テラヘルツ波を反射する面である。本実施形態においては、検出側反射面４２１のうちテラヘルツ波を反射する部位が、入射部２０となっている。
【００８２】
本実施形態においては、発振素子１１（発振モジュール１）から発振側反射手段４１に向かうテラヘルツ波は、ｙ方向に沿って進行する。また、検出側反射手段４２から検出素子２１（検出モジュール２）に向かうテラヘルツ波は、ｙ方向に沿って進行する。このため、発振モジュール１および検出モジュール２は、モジュール基板７９に実装されている。モジュール基板７９は、ｙ方向を向く表面を有し、ｘ方向およびｙ方向に平行な基板である。発振モジュール１および検出モジュール２は、ｙ方向に沿って起立した姿勢で、モジュール基板７９に実装されている。
【００８３】
このような実施形態によっても、より様々な態様の検出対象物９をより高精度に検出することができる。また、発振側反射手段４１および検出側反射手段４２を備えることにより、発振モジュール１および検出モジュール２のｘ方向距離を増大させることなく、出射角α１および入射角α２をより大きく設定することができる。出射角α１および入射角α２が大きいほど、たとえば筒部９１の外面によって反射されるテラヘルツ波の影響を抑制することができる。また、発振モジュール１と検出モジュール２とのｘ方向距離を縮小するのに有利であり、反射式検出装置Ａ２の小型化に好ましい。
【００８４】
図１３は、本発明の第３実施形態に基づく反射式検出装置を示している。本実施形態の反射式検出装置Ａ３は、遮蔽部３を備えない点を除き、上述した反射式検出装置Ａ１と同様の構成である。
【００８５】
反射式検出装置Ａ３においては、遮蔽部３を備えないため、たとえば図８に示す検出挙動を示す。すなわち、遮蔽部３による遮蔽機能が発揮されないため、流体９３の有無によらず、検出電圧Ｖｓがピークを示す領域が存在する。しかしながら、反射式検出装置Ａ３においても出射角α１および入射角α２が上述した大きさに設定されていることから、流体９３が無い場合に筒部９１の内面によって反射されたテラヘルツ波と筒部９１の外面によって反射されたテラヘルツ波は、互いに離間した経路を進行することとなり、互いの経路が一致することは回避することができる。したがって、遮蔽部３を備えない反射式検出装置Ａ３であっても、たとえば検出対象物９に対する設置位置を適切に設定することにより、良好な検出を行うことが可能である。
【００８６】
図１４は、本発明の第４実施形態に基づく反射式検出装置を示している。本実施形態の反射式検出装置Ａ４は、互いに別体とされた発振ユニット１００、検出ユニット２００、制御ユニット７００および遮蔽部３によって構成されている。
【００８７】
発振ユニット１００は、発振モジュール１（発振素子１１）を内蔵しており、発振側ケース１０１を有する。発振側ケース１０１は、たとえば樹脂からなり、発振モジュール１を密閉状態で収容している。発振側ケース１０１は、たとえば発振側支持部１０２を有する。発振側支持部１０２は、反射式検出装置Ａ１における発振側支持部５１と同様の部材であり、発振モジュール１を支持している。
【００８８】
検出ユニット２００は、検出モジュール２（検出素子２１）を内蔵しており、検出側ケース２０１を有する。検出側ケース２０１は、たとえば樹脂からなり、検出モジュール２を密閉状態で収容している。検出側ケース２０１は、たとえば検出側支持部２０２を有する。検出側支持部２０２は、反射式検出装置Ａ１における検出側支持部５２と同様の部材であり、検出モジュール２を支持している。
【００８９】
制御ユニット７００は、制御部７１、電源部７２、合成部７３、変調信号生成部７４、アンプ部７５、入出力部７６、表示ランプ７７および制御基板７８を内蔵しており、制御ケース７０１を有する。制御ケース７０１は、たとえば樹脂からなり、制御部７１、電源部７２、合成部７３、変調信号生成部７４、アンプ部７５、入出力部７６、表示ランプ７７および制御基板７８を密閉状態で収容している。発振ユニット１００と制御ユニット７００とは、発振側ケーブル８１によって接続されており、検出ユニット２００と制御ユニット７００とは、検出側ケーブル８２によって接続されている。
【００９０】
本実施形態においては、遮蔽部３は、ｘ方向において発振ユニット１００と検出ユニット２００との間に配置されている。図示された例においては、遮蔽部３は、筒部９１によって支持されている。遮蔽部３は、たとえば金属からなり、保護層３５によってその全体が覆われている。保護層３５は、薬液等の流体９３によって腐食されない材質からなり、たとえば樹脂からなる。本状態においても、第１端３０１は、出射部１０および入射部２０よりもｙ方向において検出対象物９側に位置し、第２端３０２は、出射部１０および入射部２０よりもｙ方向において検出対象物９側とは反対側に位置する。
【００９１】
このような実施形態によっても、より様々な態様の検出対象物９をより高精度に検出することができる。また、発振ユニット１００と検出ユニット２００とが別体として構成されていることから、出射部１０および入射部２０の位置をより広範囲に設定することができる。
【００９２】
本発明に係る反射式検出装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る反射式検出装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【符号の説明】
【００９３】
Ａ１〜Ａ４：反射式検出装置
１      ：発振モジュール
２      ：検出モジュール
３      ：遮蔽部
５      ：ケース
９      ：検出対象物
１０    ：出射部
１１    ：発振素子
１２    ：ベース
１３    ：リード
１４    ：カバー
１５    ：封止板
２０    ：入射部
２１    ：検出素子
２２    ：ベース
２３    ：リード
２４    ：カバー
２５    ：封止板
３１    ：第１部
３２    ：第２部
３５    ：保護層
４１    ：発振側反射手段
４２    ：検出側反射手段
５１    ：発振側支持部
５２    ：検出側支持部
７１    ：制御部
７２    ：電源部
７３    ：合成部
７４    ：変調信号生成部
７５    ：アンプ部
７６    ：入出力部
７７    ：表示ランプ
７８    ：制御基板
７９    ：モジュール基板
８０    ：主ケーブル
８１    ：発振側ケーブル
８２    ：検出側ケーブル
９１    ：筒部
９２    ：内部空間
９３    ：流体
９４    ：流体槽
９５    ：供給パイプ
９６    ：供給ポンプ
９７    ：制御部
１００  ：発振ユニット
１０１  ：発振側ケース
１０２  ：発振側支持部
１２１  ：ステム
１２２  ：サブマウント
２００  ：検出ユニット
２０１  ：検出側ケース
２０２  ：検出側支持部
３０１  ：第１端
３０２  ：第２端
３２１  ：斜辺部
３２２  ：折返し部
３３１  ：出射側面
３３２  ：入射側面
４１１  ：発振側反射面
４２１  ：検出側反射面
７００  ：制御ユニット
７０１    ：制御ケース
α１    ：出射角
α２    ：入射角
【図１】
2018004365.tif 000003
【図２】
2018004365.tif 000004
【図３】
2018004365.tif 000005
【図４】
2018004365.tif 000006
【図５】
2018004365.tif 000007
【図６】
2018004365.tif 000008
【図７】
2018004365.tif 000009
【図８】
2018004365.tif 000010
【図９】
2018004365.tif 000011
【図１０】
2018004365.tif 000012
【図１１】
2018004365.tif 000013
【図１２】
2018004365.tif 000014
【図１３】
2018004365.tif 000015
【図１４】
2018004365.tif 000016