(57)【要約】【課題】  鉛直方向に設置された透明管内を変位する液面を正確に、しかも無段階に測定することのできる学結像式液面センサーとそれを用いた透明管内を変位する液面の測定方法とを提供すること。【解決手段】  測定対象となる透明管Ａ全体を照明することのできる線状の光源１と、光学的結像系２と、測定対象の透明管Ａ全体を結像することのできる線状の受光部３とからなる、光学結像式液面センサーと、前記光学結像式液面センサーを用い、測定対象となる透明管Ａ全体を、線状の光源１を用いて照明し、透明管Ａ全体を透過する光を光学的結像系２によって、測定対象となる透明管Ａ全体を結像することのできる線状のセンサー３に結像することを特徴とする、透明管内を変位する液面の測定方法を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる透明管全体を照明する手段を有する光源と、光学的結像系と、測定対象の透明管全体を結像することのできる線状の受光部とからなる、光学結像式液面センサー。
【請求項２】
鉛直方向に設置された透明管内を変位する液面を測定するにあたり、測定対象となる透明管全体を照明する手段を有する光源と、光学的結像系と、測定対象の透明管全体を結像することのできる線状の受光部とからなる、光学結像式液面センサーを用い、測定対象となる透明管全体を、前記光源を用いて照明し、透明管全体を透過する光を光学的結像系によって、測定対象となる透明管全体を結像することのできる線状の受光部に結像し、その光強度により液面の変異を測定することを特徴とする、透明管内を変位する液面の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学結像式液面センサーとそれを用いた透明管内を変位する液面の測定方法とに関し、詳しくは鉛直方向に設置された透明管内を変位する液面を正確に、しかも無段階に測定することのできる光学結像式液面センサーと、それを用いた透明管内を変位する液面の測定方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、透明管内を変位する液面を測定する方法として、段階的に光源を複数設置し、投光させ、その光源に対応する複数の受光部（受光センサー）を、液体を満たした管の受光可能な位置に配置して、液面からの光量変化により計測する方法が行われていた（特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、この場合、光源及びこれに対応する受光センサーの設置間隔でしか計測することができず、連続的に細かく読み取ることはできなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３０１７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点を解消し、鉛直方向に設置された透明管内を変位する液面を正確に、しかも無段階に測定することのできる学結像式液面センサーとそれを用いた透明管内を変位する液面の測定方法とを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
即ち、請求項１に係る本発明は、測定対象となる透明管全体を照明する手段を有する光源と、光学的結像系と、測定対象の透明管全体を結像することのできる線状の受光部とからなる、光学結像式液面センサーを提供するものである。
請求項２に係る本発明は、鉛直方向に設置された透明管内を変位する液面を測定するにあたり、測定対象となる透明管全体を照明する手段を有する光源と、光学的結像系と、測定対象の透明管全体を結像することのできる線状の受光部とからなる、光学結像式液面センサーを用い、測定対象となる透明管全体を、前記光源を用いて照明し、透明管全体を透過する光を光学的結像系によって、測定対象となる透明管全体を結像することのできる線状の受光部に結像し、その光強度により液面の変異を測定することを特徴とする、透明管内を変位する液面の測定方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、鉛直方向に設置された透明管内を変位する液面を正確に、しかも無段階に測定することができる。
即ち、本発明は、光学的結像系を有しているため、線状の受光部に、液面の位置を正確に再現させることができ、時系列的に液面の変位量を測定することができる。
しかも液面の変位は、時系列的ばかりでなく、無段階に測定することができる。
また、構造上、偏光板などの光学的制限を掛けることが容易で、液面から発生する迷光を防ぐことができる。
さらに、測定対象の透明管の長さが変化しても、受光部の長さを変えることなく、結像倍率を変えるだけで、対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
請求項１に係る本発明の光学結像式液面センサーは、測定対象となる透明管全体を照明する手段を有する光源と、光学的結像系と、測定対象の透明管全体を結像することのできる線状の受光部とからなるものである。
【０００９】
以下、請求項１に係る本発明を図面により詳細に説明する。図１は、請求項１に係る本発明の光学結像式液面センサーの一態様を示す説明図である。図中、符号１は光源を示し、符号２は光学的結像系を示し、符号３は線状の受光部を示す。また、符号Ａは透明管である。
【００１０】
請求項１に係る本発明の光学結像式液面センサーは、測定対象となる透明管Ａ全体を照明する手段を有する光源１と、光学的結像系２と、測定対象の透明管Ａ全体を結像することのできる線状の受光部３とからなるものである。
【００１１】
測定対象となる透明管Ａは、鉛直方向に設置されており、可視光透過性を有することが必要であって、具体的にはガラス管チューブなどからなるものである。
【００１２】
請求項１に係る本発明の光学結像式液面センサーにおいて、光源１は、測定対象となる透明管Ａ全体を照明する手段を有するものである。
換言すると、光源１は、測定対象となる透明管Ａ全体を照明することができるものである必要がある。
具体的には、そのような光源１としては、例えば測定対象となる透明管Ａと同等以上の長さを有する線状（ライン状）の光源（line light source）が挙げられる。このタイプのものとしてより具体的には、ＬＥＤを鉛直方向に並べたもの、蛍光灯などの管照明、点光源をスリット状に広げる手段を有する光源が挙げられる。
ＬＥＤを用いる場合、拡散板（diffuser）５により光量を拡散させて、測定対象となる透明管Ａ全体を一様に照明するようにすることができ、制限光の光強度ムラを解消することができる。
なお、必要に応じて、このような光源１と、透明管Ａとの間に、スリット状の絞り４を設けることにより、線状の受光部３のＳＮ比を向上させることができ、かつ、迷光を防ぐことができる。また、このようにスリット状の絞り４を設けることにより、受光部位を任意の位置に決めることができる。図２は、スリット状の絞り４の１例を示す説明図である。
さらには、光源１として、レーザーダイオードなどの直線偏光を用いることができ、これを１又は２以上組み合わせて、線状（ライン状）乃至シート状に照射する。このような直線偏光を用いる場合、受光部３の前に直線偏光板を置いて制限しておくことで、迷光などによる計測に及ぼす悪影響を防ぐことができる。
【００１３】
次に、光学的結像系２としては、線状の光源１からの光を、線状の受光部３に結像しうるものであればよく、通常は凸レンズが用いられる。
本発明においては、この光学的結像系２を用いているため、線状の受光部３をより小型化することが可能である。
本発明においては、このように光学的結像系２を用いて結像させ、結像系の位置ずれを次に述べる線状の受光部３にて電気的にとらえるものである。
【００１４】
また、受光部３としては、線状のもの（line sensor）であって、測定対象となる透明管Ａ全景を結像できるものである必要がある。具体的には、例えばラインＣＣＤ、ＰＳＤなどが用いられる。
受光部３の長さが長い場合には、測定範囲を制限する制限マスクを設ければよい。
前記したように、直線偏光を用いる場合、この受光部３の前に直線偏光板６を置いて制限しておくことで、迷光などによる計測に及ぼす悪影響を防ぐことができる。
【００１５】
請求項１に係る本発明の光学結像式液面センサーは基本的には上記した如きものであるが、受光部３に結像した光の電位レベルを読み取るための読取り装置が必要となる。
そのような読取り装置としては、例えば欠陥検出・計測・画像処理用のアナログ及びデジタル出力演算回路を挙げることができる。
【００１６】
上記した如き請求項１に係る本発明の光学結像式液面センサーを用いて、鉛直方向に設置された透明管Ａ内を変位する液面を測定するには、請求項２に記載した如き方法によればよい。
即ち、測定対象となる透明管Ａ全体を照明する手段を有する光源１と、光学的結像系２と、測定対象の透明管Ａ全体を結像することのできる線状の受光部３とからなる、光学結像式液面センサーを用い、測定対象となる透明管Ａ全体を、線状の光源１を用いて照明し、透明管Ａ全体を透過する光を光学的結像系２によって、測定対象となる透明管Ａ全体を結像することのできる線状の受光部３に結像し、その光強度により液面の変異を測定することにより、鉛直方向に設置された透明管Ａ内を変位する液面を測定すればよい。
具体的な液面の測定には、前記したような、受光部３に結像した光の電位レベルを読み取るための読取り装置を用いて行えばよい。
【００１７】
[測定原理]
上記した如き本発明により、鉛直方向に設置された透明管内を変位する液面を測定する原理について述べると、以下の通りである。
即ち、光源１として、線状（ライン状）の光源或いはスリット状に出射する光源からの出射光を用い、これを必要に応じて、スリット或いは偏光板等により制限する。
スリット状に拡がった制限光に光強度ムラがある場合、拡散板（diffuser）５を入れるなどして、受光部３の暗電流を信号に対し小さくしておく。
透明管Ａ内に液が充填している場合、受光部３に入射する光強度は、ほぼ一定で変化がない。
例えば、偏光光を用いる場合、透明管Ａ内に液が充填している場合、受光部３に入射する光は、偏光特性を維持するため、受光部３に入射する光量はゼロとなる。
しかしながら、液面位置が変位すると、空気と液面との屈折率の差異により、境界面で光強度に変化が起き、図１右端に示される電位レベルグラフのように高電位点を得ることができる。
この点と液量との関係を予めテーブル化しておくことにより、その電位点が分かれば、液面の高さが分かることから液量（流量）が分かることとなり、連続的に変位量を測定することができる。
【００１８】
[測定フロー]
また、測定フローについて述べると、以下の通りである。
（１）液面が完全に充填されている。
（２）その状態で電位レベルを自動校正する。
（３）予めプログラムされている、ある閾値以上の電位レベルを検出する。
しかし、結像状態が悪い場合は、その電位レベルはその閾値を超えることはない。
（４）また、その閾値は暗電位に対し、任意に計算されて設定されるため、外的環境が変化しても対応することができる。
（５）しかしながら、光学系に直射日光が入るなど、一定の暗電位以上になった場合、計測不能などのノウティスを出す。
（６）これらの対応で、本液面計が設置された外的環境の明るさが変化しても対応することができる。
（７）液面の変位計測の終了は、光学的に外れた点、或いはラインセンサーの前のマスクによりケラレ終了する。
（８）センサーからの信号サンプリングタイムを短くすれば、より高分解能（例えば、１μＬ）で液面変位検出が可能である。
【００１９】
本センサーは、非光透過性の被検出流量を測定するために液体で充填された一連の配管により一部光透過性の液体を本液面センサー部に通過させることで、目的とする被検出液体の流量を測定する手段として応用される。
また、一定流量毎に、その流体画像をキャプチャーするため、液面センサーで感知した電位レベルを、キャプチャートリガー信号として活用することができ、タイムラグを発生させることなく、一定の液量通過時の液体状況を観察することを可能にしている。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明によれば、鉛直方向に設置された透明管内を変位する液面を正確に、しかも無段階に測定することができる。
従って、本発明は、液面の測定に有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】請求項１に係る本発明の光学結像式液面センサーの一態様を示す説明図である。
【図２】スリット状の絞り４の１例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
Ａ  透明管
１  光源
２  光学的結像系
３  線状の受光部
４  スリット状の絞り
５  拡散板
６  直線偏光板
【図１】
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【図２】
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