(57)【要約】【課題】連続的な液面の検出結果を得ると共に信頼性の高い液面検知装置を低コストにて実現する。【解決手段】光を入射して内部に導き側面から出射させる光出射用側面発光型導光体１１と、光出射用側面発光型導光体１１から出射された光を入射し、当該入射した光を反射すると共に、入射した光を液体内に透過するプリズム１２と、プリズム１２にて反射された光を側面から入射して受光素子に導く光入射用側面発光型導光体１３とを備える。そして、この液面検知装置では、受光素子にて受光した受光量に基づいて液面を検知する。【選択図】      図２
2004198376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液面の検知対象となる液体が充填された容器外に設け
られて発光する発光素子と、
上記容器の深さ方向が長手方向となるように設置され、長手方向における端部から上記発光素子からの光を入射して内部に導き、側面から出射させる光出射用側面発光型導光体と、
上記容器の深さ方向が長手方向となるように設置され、上記光出射用側面発光型導光体から出射された光を入射し、当該入射した光を反射すると共に、上記入射した光を上記液体内に透過する光学素子と、
上記容器の深さ方向が長手方向となるように設置され、上記光学素子にて反射された光を側面から入射して、長手方向における端部に導く光入射用側面発光型導光体と、
上記容器外に設けられて、上記光入射用側面発光型導光体にて入射した光を受光する受光素子と、
上記受光素子にて受光した受光量に基づいて上記液面を検知する液面検知手段と
を備えることを特徴とする液面検知装置。
【請求項２】
上記光学素子は、上記液体の屈折率と同等の屈折率であり、上記液体内部分では上記光出射用側面発光型導光体からの光を液体内に透過し、上記液体外部分では上記光出射用側面発光型導光体からの光を上記光入射用側面発光型導光体に反射させることを特徴とする請求項１に記載の液面検知装置。
【請求項３】
上記光出射用側面発光型導光体の長手方向における端部、及び当該長手方向における端部とは反対の端部から上記発光素子にて発光した光を入射させることを特徴とする請求項１に記載の液面検知装置。
【請求項４】
上記光出射用側面発光型導光体の長手方向における端部、又は上記光入射用側面発光型導光体の長手方向における端部に、光を反射する反射鏡を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液面検知装置。
【請求項５】
上記光出射用側面発光型導光体と上記光学素子との間に、上記光出射用側面発光型導光体から出射した光を上記光学素子の光入射面に垂直に入射させる光路整形素子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液面検知装置。
【請求項６】
上記発光素子からパルス光を出射させる制御をする発光制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の液面検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器内に充填された液体の液面を検知する液面検知装置に関し、特に容器の密閉性が要求され引火性の高い液体の液面を検知するのに好適な液面検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、容器内に充填された液体の液面を検知する技術としては、液体による浮力を応用したフロート検知方式、超音波の測定機構を有した超音波検知方式、光を利用した光検知方式などが知られている。
【０００３】
このような技術のうち、光検知方式を採用した技術としては、下記の特許文献１に記載されているように、プリズムの長手方向に複数の光発光素子及び光受光素子を設け、光発光素子からプリズムを通過した光を光受光素子にて受光するように構成されたものが知られている。この技術では、プリズムの長手方向に光発光素子及び光受光素子を複数設けて、当該プリズムを液体の深さ方向に配置することで、液面を検出するようにしている。
【０００４】
また、光検知方式を採用した他の技術としては、下記の特許文献２に記載されているように、先端部にプリズムを取り付た集光型光ファイバをアレイ状に設け、液体内にプリズムがある場合にはプリズム部分にて光が透過して散乱し、液体外にプリズムがある場合にはプリズムにて光が全反射することを利用している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３０５４９号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１８３２１９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１に記載された技術では、光発光素子及び光受光素子の組をプリズムの長手方向に複数個取り付ける必要がある。また、この技術では、光受光素子及び光発光素子が液面下となるために、各光発光素子及び光受光素子を密閉して使用することになるが、通電される光発光素子及び光受光素子に衝撃等が印加された場合に表面劣化等により光発光素子及び光受光素子の密閉性が破れる恐れがある。また、この特許文献１に記載された技術では、複数の光発光素子及び光受光素子を設ける必要があり、構造が複雑となると共にコストが高くなってしまう。
【０００８】
また、上述の特許文献２に記載された技術では、液体の深さ方向において設置位置が異なる複数のプリズム、及び各プリズムに対応した光ファイバを設ける必要があり、構造が煩雑になると共にコストが高くなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、連続的な液面の検出結果を得ると共に信頼性の高い液面検知装置を低コストにて実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液面検知装置は、液面の検知対象となる液体が充填された容器外に設けられて発光する発光素子と、上記容器の深さ方向が長手方向となるように設置され、長手方向における端部から上記発光素子からの光を入射して内部に導き、側面から出射させる光出射用側面発光型導光体と、上記容器の深さ方向が長手方向となるように設置され、上記光出射用側面発光型導光体から出射された光を入射し、当該入射した光を反射すると共に、上記入射した光を上記液体内に透過する光学素子と、上記容器の深さ方向が長手方向となるように設置され、上記光学素子にて反射された光を側面から入射して、長手方向における端部に導く光入射用側面発光型導光体と、容器外に設けられて上記光入射用側面発光型導光体にて入射した光を受光する受光素子とを備える。この液面検知装置では、容器内の液面を検知するに際して、発光素子から光を発光させ、液面検知手段により、光出射用側面発光型導光体、光学素子、光入射用側面発光型導光体、を介して受光素子にて受光した受光量に基づいて液面を検知することで、上述の課題を解決する。
【００１１】
また、本発明に係る液面検知装置において、上記光学素子は、上記液体の屈折率と同等の屈折率であり、上記液体内部分では上記光出射用側面発光型導光体からの光を液体内に透過し、上記液体外部分では上記光出射用側面発光型導光体からの光を上記光入射用側面発光型導光体に反射させる。
【００１２】
更に、本発明に係る液面検知装置は、上記光出射用側面発光型導光体の長手方向における端部、及び当該長手方向における端部とは反対の端部から上記発光素子にて発光した光を入射させることが望ましい。
【００１３】
更にまた、本発明に係る液面検知装置は、上記光出射用側面発光型導光体の長手方向における端部、又は上記光入射用側面発光型導光体の長手方向における端部に、光を反射する反射鏡を設けることが望ましい。
【００１４】
更にまた、本発明に係る液面検知装置は、上記光出射用側面発光型導光体と上記光学素子との間に、上記光出射用側面発光型導光体から出射した光を上記光学素子の光入射面に垂直に入射させる光路整形素子を設けることが望ましい。
【００１５】
更にまた、本発明に係る液面検知装置は、上記発光素子からパルス光を出射させる制御をする発光制御手段を更に備えることが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明は、例えば図１に示すように構成された液面検知装置に適用される。
【００１８】
［液面検知装置の構成］
この液面検知装置は、液面検知の対象となる液体がタンク１内に充填され、当該タンク１の深さ方向に延びた液面検知部２と、タンク１外に設けられて液面検知部２と光学的に接続された液面検知部３とを備えて構成されている。
【００１９】
このタンク１は、外気との密閉性を有してなり、例えばガソリン等の引火性の高い液体や、その他の液体が充填される。
【００２０】
液面検知部２は、図２に示すように、液体内に光を出射する光出射用側面発光型導光体１１、光出射用側面発光型導光体１１からの光が入射されるプリズム１２、プリズム１２からの光が入射される光入射用側面発光型導光体１３、光出射用側面発光型導光体１１と光入射用側面発光型導光体１３とを光的に区分する遮光板１４が、液体の深さ方向を長手方向として構成されている。
【００２１】
光出射用側面発光型導光体１１及び光入射用側面発光型導光体１３は、例えば長手方向における側面から光を入射及び出射する側面発光型光ファイバからなる。この光出射用側面発光型導光体１１及び光入射用側面発光型導光体１３は、光の入射及び出射が液面検知部３により制御される。
【００２２】
光出射用側面発光型導光体１１は、光入射端部１１ａから光Ｌ１を入射したことに応じてプリズム１２の光入射／出射面１２ａに向かって発光するように、例えばプリズム１２とは反対側面に反射部材などを設けて構成されている。また、この光出射用側面発光型導光体１１は、内部が導光体として構成され、入射した光Ｌ１を光入射端部１１ａとは反対の端部に導く。これにより、光出射用側面発光型導光体１１では、プリズム１２の長手方向における全体の光入射／出射面１２ａに光Ｌ２が出射可能となっている。
【００２３】
プリズム１２は、空気よりも屈折率が高く、液面検知対象となる液体と同等の屈折率を有する。このプリズム１２は、光入射／出射面１２ａにより入射した光Ｌ２を第１反射面１２ｂ及び第２反射面１２ｃにより反射して光入射用側面発光型導光体１３に導くように三角柱形状となっている。
【００２４】
このプリズム１２は、液面より上方の液体外部分２１においては、光入射／出射面１２ａから光Ｌ２を入射すると、第１反射面１２ｂと空気との界面により光Ｌ２を反射して光Ｌ３として第２反射面１２ｃに導き、第２反射面１２ｃと空気との界面により光Ｌ３を反射して光Ｌ４として光入射用側面発光型導光体１３に導く。
【００２５】
また、このプリズム１２は、液面よりも下方の液体内部分２２においては、光入射／出射面１２ａから光Ｌ２を入射すると、第１反射面１２ｂと液体との界面にて透過して光Ｌ１１として液体内に導く。
【００２６】
また、光入射用側面発光型導光体１３は、光出射用側面発光型導光体１１と同一構成となっており、プリズム１２の光入射／出射面１２ａから光Ｌ４を入射したことに応じて、内部に設けられた反射部材により光Ｌ４を光Ｌ５として光出射端部１３ａから液面検知部３に導く。
【００２７】
このように構成された液面検知部２では、タンク１内の液体が多く、液体内に存在するプリズム１２の部分が多いほど、第１反射面１２ｂから液体内に導かれる光Ｌ１１の光量が多くなり、光入射用側面発光型導光体１３から液面検知部３に導かれる光Ｌ５の光量が少なくなる。
【００２８】
液面検知部３は、その機能的な構成を図３に示すように、光出射用側面発光型導光体１１に光Ｌ１を送る発光素子３１、光入射用側面発光型導光体１３からの光Ｌ５を受光する受光素子３２を備える。本例において、液面検知部３は、発光素子３１としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を使用し、受光素子３２としてＰＤ（Photo Diode）やＰＴ（Photo transistor）を使用する。
【００２９】
また、液面検知部３は、受光素子３２にて光Ｌ５を受光したことにより生成された電気信号を増幅するアンプ３３及びＣＰＵ（Central Processing Unit）３４を備える。
【００３０】
ＣＰＵ３４では、発光素子３１による発光を制御することで、受光素子３２による受光を制御する。また、このＣＰＵ３４では、予め出射光量及び受光光量に対する液面の関係を記述したテーブルデータを保持しており、アンプ３３からの電気信号のレベルに応じてタンク１内の液面を検知する。すなわち、このＣＰＵ３４では、アンプ３３からの電気信号のレベルが高いほど、液面が低いことを記述したテーブルデータを参照して、実際にアンプ３３から入力した電気信号のレベルに応じた液面を演算する。
【００３１】
このとき、ＣＰＵ３４では、光出射用側面発光型導光体１１の光入射端部１１ａから液体の深さ方向の端面に亘り、光出射用側面発光型導光体１１から光入射／出射面１２ａに均一の光量を発光させるために発光素子３１から出射する光量を変化させる。
【００３２】
更に、ＣＰＵ３４では、受光素子３２での受光量を制御するに際して、発光素子３１から出射する光量を変化させる。このとき、ＣＰＵ３４では、アンプ３３からの電気信号のレベルに対する発光光量を記述したテーブルデータを参照して発光素子３１からの出射光量を制御することで、受光素子３２での受光量を制御する。
【００３３】
［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した液面検知装置によれば、液体の深さ方向を長手方向とした光出射用側面発光型導光体１１、プリズム１２及び光入射用側面発光型導光体１３を使用して液面を検知するので、液体の深さ方向において連続的な液面の検出結果を得ることができる。
【００３４】
また、この液面検知装置によれば、発光素子３１や受光素子３２をタンク１外に設けて液面を検知することができるので、発光素子３１や受光素子３２を液体内に設置することによる信頼性の低下を防止することができる。したがって、この液面検知装置によれば、ガソリン等の引火性の高い液体であっても高い信頼性を実現することができる。
【００３５】
更に、この液面検知装置によれば、複数の発光素子３１や受光素子３２を使用することなく液面を検知することができるので、低コストにて液面検知を実現することができる。
【００３６】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００３７】
すなわち、本発明を適用した液面検知装置では、光出射用側面発光型導光体１１の光入射端部１１ａの反対側の端部や、光入射用側面発光型導光体１３の光出射端部１３ａの反対側の端部に、光Ｌ１や光Ｌ５を反射する反射鏡を設置しても良い。これにより、液面検知装置では、光出射用側面発光型導光体１１及び光入射用側面発光型導光体１３内の光量を均一にさせたり、光Ｌ２及び光Ｌ５の光量を増加させる。
【００３８】
また、本発明を適用した液面検知装置では、光出射用側面発光型導光体１１の光入射端部１１ａ及び当該光入射端部１１ａの反対側の端部から光Ｌ１を入射させても良い。このとき、発光素子３１から出射した光Ｌ１は、光ファイバを介して光入射端部１１ａや当該光入射端部１１ａの反対側の端部に導かれることになる。これにより、液面検知装置では、光出射用側面発光型導光体１１及び光入射用側面発光型導光体１３内の光量を均一にさせたり、光Ｌ２及び光Ｌ５の光量を増加させる。
【００３９】
更に、本発明を適用した液面検知装置では、光Ｌ２を光入射／出射面１２ａに垂直に入射させて液面検知の精度を向上させるために、多孔体形状の光路整形板を光出射用側面発光型導光体１１と光入射／出射面１２ａとの間に設けても良い。ここで、液面検知装置では、液体の深さ方向において光出射用側面発光型導光体１１を傾斜させることで、光入射／出射面１２ａに入射する光Ｌ２の調整を行っても良い。
【００４０】
更にまた、本発明を適用した液面検知装置では、第１反射面１２ｂを透過した光Ｌ１１がタンク１の内壁にて反射してプリズム１２内に入射することを防止するために、タンク１の内壁に光吸収体を塗布することが望ましい。
【００４１】
更にまた、本発明を適用した液面検知装置では、発光素子３１としてＬＥＤを使用した場合に、電流の累積総量による発光量が低下する通電劣化現象により、発光量の低下を検出するために光量検出素子を設けても良い。
【００４２】
更にまた、本発明を適用した液面検知装置では、発光素子３１の劣化防止や、タンク１として外壁が透明なものを使用した場合の外乱光による液面検知の精度低下を防止するために、パルス光を出射するように発光素子３１を制御しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明に係る液面検知装置によれば、液体の深さ方向を長手方向とした光出射用側面発光型導光体、光学素子及び光入射用側面発光型導光体を使用して液面を検知するので、液体の深さ方向において連続的な液面の検出結果を得ることができる。また、この液面検知装置によれば、発光素子や受光素子を容器外に設けて液面を検知することができるので、発光素子や受光素子を液体内に設置することによる信頼性の低下を防止することができる。したがって、この液面検知装置によれば、引火性の高い液体であっても高い信頼性を実現することができる。
【００４４】
また、本発明に係る液面検知装置によれば、液体の屈折率と同等の屈折率であり、液体内部分では光出射用側面発光型導光体からの光を液体内に透過し、液体外部分では光出射用側面発光型導光体からの光を光入射用側面発光型導光体に反射させるので、上述の効果を実現することができる。
【００４５】
更に、本発明に係る液面検知装置によれば、光出射用側面発光型導光体の長手方向における端部、及び当該長手方向における端部とは反対の端部から発光素子にて発光した光を入射させるので、光出射用側面発光型導光体内の光量を均一にすることができる。
【００４６】
更にまた、本発明に係る液面検知装置によれば、光出射用側面発光型導光体の長手方向における端部、又は光入射用側面発光型導光体の長手方向における端部に、光を反射する反射鏡を設けるので、光出射用側面発光型導光体内の光量を均一にすることができる。
【００４７】
更にまた、本発明に係る液面検知装置によれば、光出射用側面発光型導光体と光学素子との間に、光出射用側面発光型導光体から出射した光を光学素子の光入射面に垂直に入射させる光路整形素子を設けるので、液面検知の精度を向上させることができる。
【００４８】
更にまた、本発明に係る液面検知装置によれば、発光素子からパルス光を出射させる制御をするので、発光素子の劣化や、外乱光による影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した液面検知装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明を適用した液面検知装置において、液面検知部の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明を適用した液面検知装置において、液面検知部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  タンク
２  液面検知部
３  液面検知部
１１  光出射用側面発光型導光体
１１ａ  光入射端部
１２  プリズム
１２ａ  光入射／出射面
１２ｂ  第１反射面
１２ｃ  第２反射面
１３  光入射用側面発光型導光体
１３ａ  光出射端部
１４  遮光板
２１  液体外部分
２２  液体内部分
３１  発光素子
３２  受光素子
３３  アンプ
３４  ＣＰＵ
【図１】
2004198376.tif 000003
【図２】
2004198376.tif 000004
【図３】
2004198376.tif 000005