(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有するラベルが貼着された管部材に収容される液体を検出対象とし、該検出対象が間に位置する態様で投光部と受光部とを対向配置し、前記投光部から発せられた光を前記検出対象を透過させて前記受光部にて受光しその受光量に基づいて前記検出対象の液位検出を行う液位検出装置であって、
前記受光部は、光を受光する受光素子と、該受光素子に向けて光を集光するための凹状の集光面を有する集光部材とを備えて構成され、
前記集光部材の集光面は、前記管部材の長手方向と直交方向に長い形状に形成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液位検出装置において、
前記集光部材の集光面は、断面直線形状で円環状をなす凹状面にて構成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の液位検出装置において、
前記集光部材の集光面は、断面放物線形状で円環状をなす凹状面にて構成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の液位検出装置において、
前記集光部材は、前記受光素子の前面側に配置される樹脂部材を含み、
前記集光面は、前記樹脂部材に設けた孔の内周面であり、該内周面に金属蒸着による鏡面加工が施されて構成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項５】
請求項１〜３の何れか１項に記載の液位検出装置において、
前記集光部材は、前記受光素子の前面側に配置される金属板材を含み、
前記集光面は、前記金属板材に筒状に形成した孔の内周面にて構成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の液位検出装置において、
前記検出対象として管部材に収容される液体は試験管に収容される血液であり、該血液を複数層に分離させた際の各層の界面を検出するものであることを特徴とする液位検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の液位検出装置において、
前記集光部材の集光面は、前記管部材の長手方向と直交方向の長さと同じ長さに形成されていることを特徴とする液位検出装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の液位検出装置において、
前記集光部材は、前記受光部の本体の外側に着脱可能に構成されていることを特徴とする液位検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管部材内の液体の液位を光学的に検出する液位検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液位検出装置としては、例えば特許文献１に開示のものがある。この液位検出装置は、タンク内に貯蔵される液体の液位が基準水位に達しているか否かを検出する装置であり、タンク下部と連通した配管の上方向に延設した部分が間に位置する態様で投光部と受光部とが対向配置されている。投受光部間に位置する配管は少なくとも透明となっており、投光部から発せられた光は配管を通過させて受光部にて受光する。そして、投光部の投光に基づく受光部での受光量に応じて、投受光部間の光軸上にある配管内の液体の有無、即ちタンク内の液体の液位が基準水位に達しているかが検出されるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、投光部からの光を検出対象を通過させて受光部にて受光する態様の液位検出装置では、例えば光透過性を有するラベル越しに管部材内の液体の液位を検出するような場合、ラベルが光を拡散させてしまうために受光部での受光量が低減し、光量不足により誤検出となることが懸念される。このような状況でも、如何にして受光部の受光量をより多く確保するかが検討課題となっている。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、受光素子での受光量をより多く確保し、検出精度の向上を図ることができる液位検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する液位検出装置は、光透過性を有するラベルが貼着された管部材に収容される液体を検出対象とし、該検出対象が間に位置する態様で投光部と受光部とを対向配置し、前記投光部から発せられた光を前記検出対象を透過させて前記受光部にて受光しその受光量に基づいて前記検出対象の液位検出を行う液位検出装置であって、前記受光部は、光を受光する受光素子と、該受光素子に向けて光を集光するための凹状の集光面を有する集光部材とを備えて構成される。
【０００７】
この構成によれば、受光素子に向けて光を集光するための凹状の集光面を有する集光部材が用いられることで、一般に用いる集光レンズ（凸レンズ）よりも凹状の集光面の方が散乱光を効果的に集光することが可能となる。つまり、この集光部材を用いた方が受光素子での受光量をより多く確保でき、光軸上に介在するラベルにて光が拡散する状況でも検出装置の検出精度向上が期待できる。
【０００８】
上記の液位検出装置において、前記集光部材の集光面は、断面直線形状で円環状をなす凹状面にて構成されることが好ましい。
この構成によれば、断面直線形状で円環状をなす凹状面にて集光部材の集光面を構成したため、集光効率の良い集光面を容易に形成することが可能である。
【０００９】
上記の液位検出装置において、前記集光部材の集光面は、断面放物線形状で円環状をなす凹状面にて構成されることが好ましい。
この構成によれば、断面放物線形状で円環状をなす凹状面にて集光部材の集光面を構成したため、集光効率の良い集光面を容易に形成することが可能である。
【００１０】
上記の液位検出装置において、前記集光部材は、前記受光素子の前面側に配置される樹脂部材を含み、前記集光面は、前記樹脂部材に設けた孔の内周面であり、該内周面に金属蒸着による鏡面加工が施されて構成されることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、樹脂部材の孔の内周面に金属蒸着による鏡面加工を施して集光部材の集光面を構成したことで、樹脂部材を用いて容易に実現可能である。
上記の液位検出装置において、前記集光部材は、前記受光素子の前面側に配置される金属板材を含み、前記集光面は、前記金属板材に筒状に形成した孔の内周面にて構成されることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、金属板材に筒状に形成した孔の内周面を集光部材の集光面としたことで、金属板材を用いて容易に実現可能である。また、金属板材は、受光素子周りのシールド板として機能させることもでき、この場合では部品共通化が可能である。
【００１３】
上記の液位検出装置において、前記検出対象として管部材に収容される液体は試験管に収容される血液であり、該血液を複数層に分離させた際の各層の界面を検出するものであることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、試験管内の血液を複数層に分離させた際の血液成分各層の界面検出に用いられ、血液成分毎の界面の検出精度向上が期待できる。
上記の液位検出装置において、前記集光部材の集光面は、前記管部材の長手方向と直交方向に長い形状に形成されることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、集光部材の集光面は、管部材の長手方向と直交方向（幅方向）に長い形状、即ち検出対象の管部材内の液体の液位（液面）に沿った方向に長い形状をなすことから、液位検出として無用な光の集光を極力押さえつつ、受光量をより多く確保することが可能である。
【００１６】
上記の液位検出装置において、前記集光部材の集光面は、前記管部材の長手方向と直交方向の長さと同じ長さに形成されることが好ましい。
この構成によれば、集光部材の集光面は、管部材の長手方向と直交方向（幅方向）の長さと同じ長さで形成されることで、管部材を通過した検出に有効な光を最大限に集光することが可能である。
【００１７】
上記の液位検出装置において、前記集光部材は、前記受光部の本体の外側に着脱可能に構成されることが好ましい。
この構成によれば、集光部材は、受光部の本体の外側に着脱可能に構成されることで、集光部材を検出対象により近接でき、より多くの光を集光させることが可能である。また、集光部材の集光面が汚れたりした時に容易に交換することが可能である。また、管部材の幅寸法の異なるものそれぞれに対応した集光部材を用意し、管部材の大きさ毎に集光部材を付け替えるようにすれば、それぞれにおいて受光効率を向上させることが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の液位検出装置によれば、受光素子での受光量をより多く確保でき、検出精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態における液位検出装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】一実施形態における液位検出装置の概略構成図である。
【図３】変形例における液位検出装置の概略構成図である。
【図４】一実施形態における液位検出装置の受光部の分解斜視図である。
【図５】変形例における液位検出装置の受光部の分解斜視図である。
【図６】一実施形態における液位検出装置の効果を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、液位検出装置の一実施形態について説明する。
図１に示す本実施形態の液位検出装置１０は、検出対象として例えばガラス製の透明な試験管５０内の血液５１を検出する装置であり、詳しくは血液５１を遠心分離等の分離手法（これ以外も可）で分離させた後の血液成分の各層の液位（界面位置）の検出を行う装置である。成分分離後の血液５１は、大別すると三層に分離され、下から上に向けて順に、血球を含む第１層５１ａ、血小板を含む第２層５１ｂ、血清を含む第３層５１ｃに分離する。液位検出装置１０は、試験管５０の長手方向が上下方向に配置されたその試験管５０に対して相対的に上下しつつ光学的に第１〜第３層５１ａ〜５１ｃの界面位置を検出する。この検出に基づき、各層５１ａ〜５１ｃの高さ（量）を検出することも可能である。
【００２１】
液位検出装置１０は、投光部１１と受光部２１とを備えている。投光部１１及び受光部２１とは、所定間隔（例えば３０〜５０ｍｍ間隔）を有して対向配置されている。投光部１１及び受光部２１の互いの位置関係は不動である。検出対象である試験管５０内の血液５１の検出時においては、投光部１１及び受光部２１が試験管５０に対して相対的に上下方向に図示略の駆動装置により動作する。
【００２２】
投光部１１は、投光素子１２を備えている。投光部１１は、検出時の電源供給に基づいて投光素子１２の発光を行う。投光素子１２から発せられた光は、受光部２１に向けられている。
【００２３】
受光部２１は、投光部１１（投光素子１２）からの光を受光する。即ち、投光部１１と受光部２１との間に検出対象である試験管５０が配置されている場合には、受光部２１はその試験管５０を通過した光を受光する。
【００２４】
図２及び図３に示すように、受光部２１は、受光素子２２と受光素子２２の手前（投光部１１側）に集光部材２３とを備えている。集光部材２３は、受光素子２２に入光させる光（受光量）をより多く確保するために設けられる。集光部材２３は、投光部１１側が拡開し受光素子２２に向けて次第に縮径となる凹状面、具体的には図２のように断面直線形状で円環状をなす集光面２３ａを有する。凹状面としては、図３のように断面放物線形状で円環状をなす集光面２３ｂとしてもよい。
【００２５】
ここで、受光素子２２の受光量確保のためには、一般的に集光レンズ（凸レンズ）を設けることが考えられる。しかしながら、集光レンズ（凸レンズ）は、投光素子１２と受光素子２２とを結ぶ光軸と平行な光（図２及び図３の実線Ｘ１矢印）を受光素子２２に向けて集光させるのには適しているが、光軸に対して斜めに進む光（図２及び図３の破線Ｘ２矢印）は受光素子２２から外れてしまい、受光量の増加が見込め難い。
【００２６】
特に血液５１を収容する試験管５０の外側面には、血液５１に関する情報を記載するための紙等のラベル５２が貼着されていることが多く、ラベル５２は透過する光を拡散させる。つまり、ラベル５２を透過する光は散乱し、光軸に対して斜めに進む光が増加する。従って、本実施形態の受光部２１には、図２に示す集光面２３ａ又は図３に示す集光面２３ｂを有する集光部材２３が用いられ、光軸と平行な光のみならず光軸に対して斜めに進む光も受光素子２２に向けて集光させるようになっている。換言すれば、光軸と平行な光や光軸に対して斜めに進む光を受光素子２２に一層多く（集光レンズを用いるよりも多く）集光できるように、集光面２３ａ，２３ｂの面形状が設定されている。
【００２７】
受光部２１に用いられる集光部材２３としては、図４に示すように樹脂ブロック３０にて構成されている。集光部材２３としては、図５に示すように金属シールド板４０にて構成してもよい。
【００２８】
図４では、受光素子２２の前面に所定範囲に限定した開口３１ａを有する金属シールド板３１が組み付けられ、その前面に樹脂ブロック３０が組み付けられる。樹脂ブロック３０には、金属シールド板３１の開口３１ａ、即ち受光素子２２に対応した位置に集光孔３０ａが形成されている。集光孔３０ａの内周面３０ｂは、図２にて示した直線形状の集光面２３ａ、若しくは図３にて示した放物線形状の集光面２３ｂとなっており、アルミ等の金属蒸着による鏡面加工が施されている。
【００２９】
図５では、受光素子２２の前面に組み付けられる金属シールド板４０の開口が例えば筒状に絞り加工されて集光孔４０ａとして形成されている。この集光孔４０ａの内周面４０ｂは、図２にて示した直線形状の集光面２３ａ、若しくは図３にて示した放物線形状の集光面２３ｂとなっている。集光孔４０ａは金属シールド板４０に一体に形成されることから、特に金属蒸着による鏡面加工を省略してもよい。また、図４の態様で用いた樹脂ブロック３０も省略可能である。
【００３０】
このように本実施形態の受光部２１では、樹脂ブロック３０や金属シールド板４０に形成した集光孔３０ａ，４０ａの内周面３０ｂ，４０ｂを集光面２３ａ，２３ｂとして受光素子２２に入光させる光（受光量）をより多く確保できる構成としたことで、図６に示すシミュレーション結果から分かるように、集光孔３０ａ，４０ａと同径の集光レンズ（凸レンズ）を用いる構成の比較例１と比べても受光量が増加する。また、比較例２のように、検出対象からの所定距離において本実施形態と同等の受光量を得るためには、集光レンズ（凸レンズ）のレンズ径を拡大する対策が必要であり、このことは受光部２１の大型化に繋がる。換言すれば、本実施形態の受光部２１は、小型であっても受光量をより多く確保することができるようになっている。
【００３１】
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
（１）受光素子２２に向けて光を集光するための凹状の集光面２３ａ（，２３ｂ）を有する集光部材２３が用いられることで、一般に用いる集光レンズ（凸レンズ）よりも凹状の集光面２３ａ（，２３ｂ）の方が散乱光を効果的に集光することができる。つまり、この集光部材２３を用いた方が受光素子２２での受光量をより多く確保でき、光軸上に介在するラベル５２にて光が拡散する状況でも検出装置１０の検出精度向上を図ることができる。本実施形態においては、試験管５０内の血液５１を成分分離させた際の血液成分各層５１ａ〜５１ｃの界面検出を精度良く行うことができる。
【００３２】
（２）図２のように断面直線形状で円環状をなす凹状面にて集光部材２３の集光面２３ａを構成することで、集光効率の良い集光面を容易に形成することができる。また、図３のように断面放物線形状で円環状をなす凹状面にて集光部材２３の集光面２３ｂを構成しても、集光効率の良い集光面を容易に形成することができる。
【００３３】
（３）図４のように樹脂ブロック３０の孔３０ａの内周面３０ｂに金属蒸着による鏡面加工を施して集光部材２３の集光面２３ａ（，２３ｂ）を構成することで、樹脂材料を用いて容易に実現することができる。また、図５のように金属シールド板４０に筒状に形成した孔４０ａの内周面４０ｂを集光部材２３の集光面２３ａ（，２３ｂ）としても、金属板材を用いて容易に実現することができる。また、金属シールド板４０は、受光素子２２周りのシールド板としても機能するため、部品共通化による部品点数低減に寄与することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・集光部材２３の底部に受光素子２２を配置する態様としたが、集光部材２３の開口部と底部のとの中間位置に受光素子２２を配置するようにしてもよい。このようにすれば、受光素子２２の受光効率の向上が期待できる。なおこの場合、集光部材２３の底部から挿入した基板にて受光素子２２を支持するようにしてもよい。また、受光素子２２を複数個用いてもよい。
【００３５】
・集光部材２３の集光面２３ａ，２３ｂは、断面直線形状又は断面放物線形状をなしていたが、集光に好適なその他の形状を用いてもよい。また、集光面２３ａ，２３ｂは、断面直線形状又は断面放物線形状で円環状をなしていたが、円環状以外であってもよい。
【００３６】
例えば、管部材（試験管５０）の長手方向と直交方向（幅方向）に対して集光部材の集光面が長い横長形状としてもよい。即ち、受光素子２２の受光量をより多くするために集光部材の集光面を単に大きくする対策では、管部材内の液体（血液５１）の液位を検出する場合のその液位（液面）は管部材の幅方向に沿っているため、管部材の長手方向に大きいと液位検出としては無用な光を多く集光し液位検出の精度としては低下しかねない。従って、管部材内の液体の液位検出を行う場合では、集光部材の集光面を横長形状とすることが好ましい。
【００３７】
また、集光部材の集光面の大きさについて特に言及しなかったが、集光部材の集光面（開口部）の特に横方向の長さは、管部材（試験管５０）の長手方向と直交方向（幅方向）の長さと同じ長さとすることが好ましい。このような集光部材を用いることで、管部材を通過した光を最大限に集光することが可能である。換言すれば、管部材を通過しない外部の光を極力排除しつつ、検出に有効な光をより多く集光することが可能である。
【００３８】
また、周方向に部分的に集光面を有する形状であってもよい。例えば、受光素子２２を挟んで上部と下部に集光面を形成し、左右側面を平面とする態様の集光部材とすれば、左右方向に薄型の集光部材として構成することもできる。また、受光素子２２を挟んで左部と右部に集光面を形成し、上下面を平面とする態様の集光部材とすれば、上下方向に薄型の集光部材として構成することもできる。
【００３９】
・集光部材２３の形状を適宜変更し受光部２１の本体に対して外付け可能な集光部材として構成してもよい。このようにすれば、集光部材を検出対象により近接でき、より多くの光を集光させることが可能である。また、集光部材を着脱可能とすれば、集光部材の集光面が汚れたりした時に容易に交換することが可能である。また、管部材（試験管５０）の幅寸法の異なるものそれぞれに対応した集光部材を用意し、管部材の大きさ毎に集光部材を付け替えるようにすれば、それぞれにおいて受光効率を向上させることが可能である。
【００４０】
・検出対象を試験管５０内の血液５１としたが、血液以外の液体の液位を検出するものであってもよい。また、成分分離後の血液成分各層５１ａ〜５１ｃの界面検出を行ったが、血液５１を含め液体全体の液位を検出するものであってもよい。また、液位検出以外の光電センサに適用することもできる。
【００４１】
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
（イ）検出対象が間に位置する態様で投光部と受光部とを対向配置し、前記投光部から発せられた光を前記検出対象を透過させて前記受光部にて受光しその受光量に基づいて前記検出対象の検出を行う光電センサであって、
前記受光部は、光を受光する受光素子と、該受光素子に向けて光を集光するための凹状の集光面を有する集光部材とを備えて構成されていることを特徴とする光電センサ。
【００４２】
（ロ）検出対象が間に位置する態様で投光部と受光部とを対向配置し、前記投光部から発せられた光を前記検出対象を透過させて前記受光部にて受光しその受光量に基づいて前記検出対象の検出を行う光電センサのその受光部であって、
光を受光する受光素子と、該受光素子に向けて光を集光するための凹状の集光面を有する集光部材とを備えて構成されていることを特徴とする光電センサの受光部。
【符号の説明】
【００４３】
１１…投光部、２１…受光部、２２…受光素子、２３…集光部材、２３ａ，２３ｂ…集光面、３０…樹脂ブロック（樹脂部材）、３０ａ…集光孔（孔）、３０ｂ…内周面、４０…金属シールド板（金属板材）、４０ａ…集光孔（孔）、４０ｂ…内周面、５０…試験管（管部材、検出対象）、５１…血液（液位検出対象）、５１ａ〜５１ｃ…層、５２…ラベル。
【図１】
0006510270.tif 000002
【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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