(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の紫外線発光部及び当該紫外線よりも長波長の光を発光する長波長発光部と、少なくとも１個の受光部と、を透明樹脂レンズで一体に封止し、前記レンズの表面にはチタン系酸化物からなる光触媒の薄膜を備えたことを特徴とする光学式液面センサー。
【請求項２】
上記長波長発光部は、赤外線ＬＥＤ素子または可視光ＬＥＤ素子であることを特徴とする請求項１に記載の光学式液面センサー。
【請求項３】
上記紫外線発光部は、上記長波長発光部及び受光部よりも上記透明樹脂レンズ頂点から遠ざかる方向のレンズ内に設けられたことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の光学式液面センサー。
【請求項４】
上記レンズの表面と前記光触媒の薄膜との間にシリカ膜を備えることを特徴とする請求項1乃至３のいずれか１項に記載の光学式液面センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水、油、シリコーンオイル等の液体の液面を検出する液面センサーであって、特に光を検出手段とする光学式液面センサーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の液面センサーとしては、例えば、実用新案登録番号第２５１０５２４号公報に記載されたものがある。図１は左記実用新案登録番号第２５１０５２４号公報に記載の従来例であって、上下に延びる３本のリードフレームのうち、第１のリードフレーム１１の上端面１１ａには発光素子チップ、たとえばＬＥＤチップ１４が取りつけられ、第２のリードフレーム１２の上端面１２ａには受光素子チップ、例えばフォトディテクタチップ１５が取りつけられ、第３のリードフレーム１３の上端面１３ａにはＬＥＤチップ１４とフォトディテクタチップ１５のそれぞれと接続されるワイヤーボンディングが施され、ＬＥＤチップ１４とフォトディテクタチップ１５およびリードフレームの上端面１１ａ、１２ａ、１３ａを覆うように３本のリードフレームの上端領域を透明樹脂で封止してレンズ１６を形成した構成になっている。
【０００３】
上記、従来の液面センサー１０を使う場合は、液面を検出される液体を収めたタンクに上記液面センサー１０を透明樹脂レンズ１６を下向きにして取り付ける。ここで、検出される液面が透明樹脂レンズ１６より下側にある場合、つまり透明樹脂レンズ１６が空気中にある場合は、ＬＥＤチップ１４から放射された光は透明樹脂の中を直進し、透明樹脂レンズ１６の内壁に到着する。ここで、透明樹脂と空気の屈折率の差が大きいため、レンズ１６の内壁に到着した光は内壁で内部反射する光成分が多くなり、光の一部は屈折して空気中に放出されるが、光の大部分は内部反射してフォトディテクタチップ１５に到達する。従ってフォトディテクタチップ１５の出力が大きくなり、液面センサー１０が空気中にあることが検知される。
【０００４】
一方、検出される液面が透明樹脂レンズ１６より上方にある場合、つまり透明樹脂レンズ１６が液体中にある場合は、透明樹脂の屈折率と液体の屈折率の差が小さいため、ＬＥＤチップ１４から放射され、透明樹脂の中を直進して透明樹脂レンズ１６の内壁に到着した光は内壁で内部反射する光成分が少なくなり、光の一部は内部反射するが、光の大部分は液体中に放出されてフォトディテクタチップ１５に到着しない。従ってフォトディテクタチップ１５の出力が小さくなり液面センサー１０が液体中にあることが検知される。
上記説明したように、従来の液面センサー１０は、液面センサー１０のＬＥＤチップ１４から放射された光のほとんどがフォトディテクタチップ１５に到達するかどうかによって、検出される液面が、取り付けられた液面センサー１０の上側にあるか下側にあるかを検知する。上記液面センサの用途としては、給湯器、石油ファンヒータ等の灯油残量検知に使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成の液面センサーにおいては、例えば、検出する液体が水の場合、長期間水中に浸されることにより、水中に浮遊する水垢などの異物が液面センサーの透明樹脂レンズの表面に付着し、本来液面センサーが液体中にある時は上記で説明したように、ＬＥＤチップから放射された光のほとんどは、透明樹脂レンズを通して液体中に放出され、フォトディテクタチップには到達しないはずであるが、異物がレンズに付着することにより、ＬＥＤチップから放射された光は、レンズの表面に付着した異物に当たり、拡散、反射してフォトディテクタチップに到達する。これは、液面センサーが空気中にある状態を検知したと同じ結果を示すものであり、したがって、液面センサーが液体中にあるにも係らず、あたかも空気中にあるという検知結果を示すものである。
【０００６】
また、検出される液面が変化し、液面センサーのレンズの上側にあった液面が液面センサーのレンズの下側に下がり、レンズが空気中に露出する時、レンズの先端に液体が玉状に残り（以後、液溜まりという）、ＬＥＤチップから放射された光がレンズを通して液溜まりから空中に放出され、受光素子まで到達しない結果となる。これは、センサーが空気中にあるにも係らず、液体中にあることをしめすもので、液面が液面センサーのレンズより下側に下がった時点から液溜まりが解消されるまでは結果的に液面センサーは液体中にあることを示すことになり、液面検出の遅れが生じることになる。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題に鑑みて創案されたものであり、液中に浮遊する水垢などの異物の付着による誤検出及び液溜まりの影響を少なくして、長時間の使用に対してメンテナンスのほとんど不用な、応答速度の早い光学式液面センサーを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された光学式液面センサーは、少なくとも１個の紫外線発光部及び当該紫外線よりも長波長の光を発光する長波長発光部と、少なくとも１個の受光部と、を透明樹脂レンズで一体に封止し、前記レンズの表面にはチタン系酸化物からなる光触媒の薄膜を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に記載された光学式液面センサーは、請求項１において、上記長波長発光部は、赤外線ＬＥＤ素子または可視光ＬＥＤ素子であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３に記載された光学式液面センサーは、請求項１又は２のいずれか１項において、上記紫外線発光部は、上記長波長発光部及び受光部よりも上記透明樹脂レンズ頂点から遠ざかる方向のレンズ内に設けられたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４に記載された光学式液面センサーは、請求項１乃至３のいずれか１項において、上記レンズの表面と前記光触媒の薄膜との間にシリカ膜を備えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図２乃至図７を参照しながら、詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明の例示にすぎず、以下の記載によって発明の技術的範囲が限定されるものではない。
【００１４】
図２は本発明を適用した第１の実施形態による光学式液面センサー２０である。
１列に、平行に配置された５本のリードフレームを有し、第１のリードフレーム２１の上端面２１ａに取りつけられた紫外線発光部としての紫外線ＬＥＤ素子２６と、第２のリーフレーム２２の上端面２２ａにボンディングされた紫外線ＬＥＤ素子２６に接続したワイヤー２６ｂと、第３のリードフレーム２３の上端面２３ａに取りつけられた赤外線発光部としての赤外線ＬＥＤ素子２７と、第４のリードフレーム２４の上端面２４ａに取りつけられた受光部としてのホトトランジスタ素子２８と、第５のリードフレーム２５の上端面２５ａにボンディングされた赤外線ＬＥＤ素子２７およびホトトランジスタ素子２８のそれぞれに接続したワイヤー２７ｂ、２８ｂと、５本のリードフレームの上端領域を覆うように形成された透明樹脂レンズ３０と、を有し、レンズは、赤外線ＬＥＤ素子２７の放射方向の上方に形成され、赤外線ＬＥＤ素子２７から放射された赤外線の大部分がレンズの内壁を照射する範囲に対応するレンズ表面に光触媒の薄膜３１を備えた構成になっている。
【００１５】
第１の実施形態による光学式液面センサーの液面検出方法は、従来の液面センサの液面検出方法と同様である。つまり光学式液面センサー２０を使う場合は、液面を検出される液体を収めたタンクに光学式液面センサー２０を透明樹脂レンズ３０を下向きにして取り付ける。ここで、検出される液面がレンズ３０より下側にある場合、つまりレンズ３０が空気中にある場合は、赤外線ＬＥＤ素子２７から放射された光は透明樹脂の中を直進し、レンズ３０の内壁に到着する。ここで、透明樹脂と空気の屈折率の差が大きいため、レンズ３０の内壁に到着した光は内壁で内部反射する光成分が多くなり、光の一部は屈折して空気中に放出されるが、光の大部分は内部反射してホトトランジスタ素子２８に到達する。従ってホトトランジスタ２８の出力が大きくなり、光学式液面センサー２０が空気中にあることが検知される。
【００１６】
一方、検出される液面が透明樹脂レンズ３０より上方にある場合、つまりレンズ３０が液体中にある場合は、透明樹脂の屈折率と液体の屈折率の差が小さいため、赤外線ＬＥＤ素子２７から放射され、透明樹脂の中を直進してレンズ３０の内壁に到着した光は内壁で内部反射する光成分が少なくなり、光の一部は内部反射するが、光の大部分は液体中に放出されてホトトランジスタ素子２８に到着しない。従ってホトトランジスタ素子２８の出力が小さくなり光学式液面センサー２０が液体中にあることが検知される。
【００１７】
このように、本発明の光学式液面センサーの液面検出方法は、光学式液面センサー２０の赤外線ＬＥＤ素子２７から放射された光の大部分がホトトランジスタ素子２８に到達するかどうかによって、検出される液面が、取り付けられた光学式液面センサー２０の上側にあるか下側にあるかを検知するものである。
【００１８】
更に、本発明の第１の実施形態の光学式液面センサー２０に設けられた紫外線ＬＥＤ素子２６と透明樹脂レンズ３０の表面に備えられた光触媒の薄膜３１との関係を説明する。紫外線ＬＥＤ素子２６から放射された紫外線が光触媒を照射すると、紫外線を受けた光触媒は紫外線を吸収して光触媒反応を起こす。光触媒反応には、有機物を分解する作用がある。よってレンズの表面に接している水垢、汚れ等の有機物を分解し、防汚、浄化することによって、レンズの表面に異物が付着することによって起こる液面の誤検出を防ぐことが可能となる。
【００１９】
特に、検出する液体が灯油の場合は、透明樹脂レンズの表面に接している油に汚れが浮遊していても油の自助浄化作用によってレンズの表面には汚れは付着しない。しかしながら検出する液体が水の場合は、油のような自助浄化作用がないため、誤検出を防ぐためには、光触媒によるレンズ面の浄化が特に必要となる。
【００２０】
上記、透明樹脂レンズの表面に備えられた光触媒の材料は、光触媒として一般的にはチタン系酸化物が使用されているが、そのなかにあって二酸化チタンを使うことがが望ましい。これは、紫外線を吸収して表面に接している有機物を分解して防汚、浄化する、そして超親水性の働きにより水滴を残さないなどの効果が得られるためである。さらに、空気の屈折率約１．０に対して二酸化チタンの屈折率は約２．３５と大きく、また両物質の屈折率の差も大きい。このことは、空気と二酸化チタンの境界面での法線に対する入射角が比較的小さくても全反射することを意味する。したがって、赤外線ＬＥＤ素子から放射された赤外線のうち、全反射に寄与する量が多くなり、検出確度が向上する。
上記、透明樹脂レンズの表面に光触媒の薄膜を備える手段としては、真空蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、電着等の任意の手段で実現すればよい。
【００２１】
上記、透明樹脂レンズの表面に光触媒を備える構成は、透明樹脂レンズの表面に上記手段で直接光触媒の薄膜を形成する構成のみならず、透明樹脂レンズの表面と光触媒の薄膜の間にシリカの膜を設ける構成でもよい。
この構成によると、直接透明樹脂レンズと二酸化チタンが接触することにより、二酸化チタンが紫外線を受けて二酸化チタンと接触する透明樹脂レンズ部分を分解し、荒らされることを防ぐことが可能になる。このことは、製造上はシリカの膜を付ける工程が増えるため、製造コストの上昇の要因となるが、長期に亘って使用する場合は信頼性が向上するメリットがある。
【００２２】
また、光触媒反応には親水化の作用もある。物体を液体中から空気中に引き上げた時、引き上げた物体の最も液体に近い部分に液体が玉状に残る。この液溜まりは、レンズが空気中に露出したにも係らず赤外線ＬＥＤが放射した赤外線を液溜まりを通して空気中に放射してしまいホトトランジスタには赤外線は届かない。従って光学式液面センサーが液体中にあると検知してしまう。光触媒の親水化の作用を利用すると、レンズを液体中から気体中に引き上げても、光触媒の薄膜には玉状の液体は形成されず、液体が玉状にのこることによって起こる誤検出および液体中から空気中に露出したことを検出する時間的な遅れの改善が可能となる。
【００２３】
なお、第１の実施形態による光学式液面センサー２０における透明樹脂レンズ３０の形状は、球体でも良いし、赤外線ＬＥＤ素子２７とホトトランジスタ素子２８を焦点位置付近とする回転楕円形としても良い。レンズ３０の形状が回転楕円形の場合、回転楕円形の第１の焦点に赤外線ＬＥＤ素子２７を、第２の焦点にホトトランジス素子２８を配置することにより、レンズが空気中にある場合、第１の焦点に配置された赤外ＬＥＤ素子２７から放射された赤外線の大部分はレンズ内壁で反射されて第２の焦点に配置されたホトトランジスタ２８に到達する。従って、レンズが液体中にある場合と空気中にある場合とでのホトトランジスタ素子２８に到達する赤外線の量の差が大きくなり、ホトトランジスタ素子２８から出力される信号のＳ／Ｎ比が大きくとれる。
【００２４】
また紫外線ＬＥＤ素子２６を上記第一の焦点に配置された赤外線ＬＥＤ素子２７の近傍に設けることにより、赤外線ＬＥＤ素子２７から放射される赤外線と、紫外線ＬＥＤ素子２６から放射される紫外線の各々が略同一の光路を進む。このため、レンズの表面に備えられた光触媒にあっては、赤外線が全反射する場所と同一の場所に紫外線が照射することになり、光触媒を備えた目的が効果的に達成できる構成になる。
【００２５】
また、第１の実施形態による光学式液面センサーにおいて、１列に、平行に配置された５本のリードフレームの間隔は必ずしも同一である必要はないし、順序も固定されるものではなく、光学的設計、製造を考慮した設計によって最も効果的、効率的な配置を施せばよい。
【００２６】
さらに、第１の実施形態で検出媒体である光に赤外線を使用するために、発光素子として赤外線ＬＥＤ素子２７を使用したが、必ずしも赤外線である必要はなく、可視光であっても検知機能には変わりがなく、その場合可視光ＬＥＤ素子を発光素子として使用することで実現できる。可視光ＬＥＤ素子を使用すると、発光素子としての可視光ＬＥＤ素子が正常に動作しているかどうかが目で見て直接確認できるというメリットがある。
【００２７】
図４は本発明を適用した第２の実施形態による光学式液面センサーである。
５本のリードフレームが平行に配置されており、さらに第１のリードフレーム４１を含む直線上に、第１のリードフレーム４１を挟んで対向するように第２のリードフレーム４２および第５のリードフレーム４３が設けられ、左記第２および第５のリードフレームを含む直線に直行する直線上の第１のリードフレーム４１を挟んで対向するように第４のリードフレーム４４および第３のリードフレーム４５が設けられている。
【００２８】
前記５本のリードフレームには、前記第１のリードフレーム４１の上端面４１ａには紫外線ＬＥＤ素子４６が取り付けられ、第２のリードフレーム４２の上端面４１ａには紫外線ＬＥＤ素子４６に接続したワイヤー４６ｂがボンディングされ、第３のリードフレーム４５の上端面４５ａには赤外光ＬＥＤ素子４７が取り付けられ、第４のリードフレーム４４の上端面４４ａにはホトトランジスタ素子４８が取り付けられ、第５のリードフレーム４３の上端面４３ａには赤外線ＬＥＤ素子４７およびホトトランジスタ素子４８のそれぞれに接続したワイヤー４７ｂ、４８ｂがボンディングされている。
【００２９】
そして左記５本のリードフレームの上端領域を覆うように透明樹脂でレンズが形成されていて、レンズは上記赤外線ＬＥＤ素子４７が赤外線を放射する方向に設けられ、さらに赤外線ＬＥＤ素子４７から放射された赤外線の大部分がレンズの内壁を照射する範囲に対応するレンズ表面には光触媒の薄膜５２が備えられている。
【００３０】
さらに左記５本のリードフレームのうち、第１のリードフレーム４１および第２のリードフレーム４２が第３のリードフレーム４３、第４のリードフレーム４４、及び第５のリードフレーム４５に対してレンズが形成されている方向とは反対方向の下側に配置されている。つまり、赤外ＬＥＤ素子４７及びホトトランジスタ素子４８に対して紫外線ＬＥＤ素子４６がレンズ頂点までの距離が長い状態で配置されている。
【００３１】
第２の実施形態による液面センサーの液面検出方法は、上記第１の実施形態と同様であり、上記第１の実施形態の中で説明しているのでここでは説明を省略する。
【００３２】
なお、第２の実施形態においは、紫外線ＬＥＤ素子４６を取りつけた第１のリードフレーム４１をレンズ５１の中心位置に配置し、さらに第２のリードフレーム４２と共に、他の３本のリードフレームよりレンズから離れる方向に位置させることにより、紫外線ＬＥＤ素子４６とレンズ５１との距離を長くしている。これにより、レンズ表面に備えられた光触媒に紫外線を放射する場合、紫外線ＬＥＤ素子４６から放射された直接光と透明樹脂レンズの側面で反射されてレンズ面に至る間接光の両方の紫外線を利用して紫外線を有効に光触媒に照射し、光触媒の作用を効果的に促進することが可能となる。
【００３３】
なお、第２の実施形態による光学式液面センサーにおける透明樹脂レンズは、球体でも良いし、赤外線ＬＥＤ素子およびホトトランジスタ素子を焦点位置とする回転楕円形としても良い。
【００３４】
図３は上記第１及び第２の実施形態に共通する回路図を示している。ここで、赤外線ＬＥＤのアノードは端子３、カソードはホトトランジスタｂのエミッタと共通で端子５に、ホトトランジスタｂのコレクタは端子４、エミッタは赤外線ＬＥＤａのカソードと共通で端子５に、紫外線ＬＥＤｃのアノードは端子１、カソードは端子２にそれぞれ接続されている。
【００３５】
上記回路を駆動するために必要な電源の接続方法は、赤外線ＬＥＤａに対しては、電源の−側を端子５に、＋側を端子３に外付けで設けられた電流制限抵抗を介して接続し、適宜に調整した電圧を印加して発光させる。また、ホトトランジスタｂには、電源の−側を端子５に、＋側を赤外線ＬＥＤａから放射される赤外線を受けて変化するコレクタ電流を電圧として検出するために端子４に外付けで設けられた抵抗を介して接続し、電圧を印加することにより受光量の変化を電圧の変化として検出する。さらに、紫外線ＬＥＤｃには、電源の−側を端子２に、＋側を端子１に外付けで設けられた電流制限抵抗を介して接続し、適宜に調整した電圧を印加して透明樹脂レンズの表面に備えられた光触媒を照射する紫外線を放射させる。
【００３６】
なお、上記第１及び第２の実施形態における構成と回路との対応を説明すると、図３の回路図７における赤外線ＬＥＤａは、第１の実施形態を示す図２においては赤外線ＬＥＤ素子２７に、第２の実施形態を示す図４においては赤外線ＬＥＤ素子４７に対応する。以下同様に、ホトトランジスタｂはホトトランジスタ素子２８及び４８、紫外線ＬＥＤｃは赤外線ＬＥＤ素子２６及び４６、端子１は第１のリードフレーム２１および４１、端子２は第２のリードフレーム２２及び４２、端子３は第３のリードフレーム２３及び４５、端子４は第４のリードフレーム２４及び４４、端子５は第５のリードフレーム２５及び４３に対応する。
【００３７】
図５は本発明を適用した第３の実施形態による光学式液面センサー６０である。
上記、第３の実施形態では、赤外線ＬＥＤ素子６５、ホトトランジスタ素子６６及び透明樹脂レンズの組み合わせによる検出方向は、光学式液面センサーを構成するリードフレームの平行方向に対して直角な方向となっている。
つまり、断面が四角形の４本のリードフレームが平行に配置されており、さらに第１のリードフレーム６１の上端側面部６１ａには赤外線ＬＥＤ素子６５が設けられ、第２のリードフレーム６２の上端側面部６２ａにはホトトランジスタ素子６６が設けられ、第３のリードフレーム６３の上端側面部６３ａには紫外線ＬＥＤ素子６７と、同様に左記上端側面部６３ａには赤外線ＬＥＤ素子６５およびホトトランジスタ素子６６に接続されたワイヤー６５ｂ、６６ｂがボンディングされ、第４のリードフレーム６４の上端側面部６４ａには紫外線ＬＥＤ素子６７に接続されたワイヤー６７ｂがボンディングされている。
【００３８】
そして４本のリードフレームの上端領域を覆うように形成された透明樹脂レンズ６８が形成されていて、透明樹脂レンズは、リードフレームの平行方向に直角な方向の紫外線ＬＥＤ素子６７、赤外線ＬＥＤ素子６５及びホトトランジスタ素子６６の上方に形成され、さらに赤外線ＬＥＤ素子から放射された赤外線の大部分がレンズの内壁を照射する範囲に対応するレンズ表面には光触媒の薄膜６９が備えられている。
【００３９】
第３の実施形態による光学式液面センサーは、上記第１及第２の実施形態では検出方向がリードフレームの平行方向であるのに対し、リードフレームに対して横向きので検出する構成になっている。これは、検出する液体の入ったタンクに穴をあけ、レンズをタンクの内部に向けて取り付けた場合、リードフレームはタンクと平行に密着して配置されるため、タンク周辺に他の部品が取り付けられていて余分なスペースが少ない場合には有利な構造となっている。
【００４０】
ここで、第３の実施形態による光学式液面センサーの液面検出方法および紫外線発光ＬＥＤ素子と透明樹脂レンズに備えられた光触媒との関係は、上記第一の実施形態と同一であるので、説明は省略する。
【００４１】
なお、第３の実施形態による光学式液面センサーにおける透明樹脂レンズは、球体でも良いし、赤外線ＬＥＤ素子およびホトトランジスタ素子を焦点位置とする回転楕円形としても良い。
【００４２】
図７は本発明を適用した第４の実施形態による光学式液面センサーである。
上記第４の実施形態では、検出方向は前記実施形態３と同様にリードフレームと平行方向の対して直角方向となっているが、透明樹脂レンズに備えられされた光触媒を照射するための紫外線を放射する紫外線ＬＥＤ８７は、赤外線ＬＥＤ素子８５の放射方向とはリードフレームに対して反対方向に設けられている。つまり、断面が四角形の４本のリードフレームが平行に配置されており、さらに第１のリードフレーム８１の上端側面部８１ａには赤外線ＬＥＤ素子８５が設けられ、第２のリードフレーム８２の上端側面部８２ａにはホトトランジスタ素子８６が設けられ、第３のリードフレーム８３の上端側面部８３ａには赤外線ＬＥＤ素子及びホトトランジスタ８６とはリードフレームを挟んだ反対向きに紫外線ＬＥＤ素子８７が設けられ、上端側面部８３ａには赤外線ＬＥＤ素子８５およびホトトランジスタ素子８６に接続したワイヤー８５ｂ、８６ｂがボンディングされ、第４のリードフレーム８４の先端側面部８４ａには紫外線ＬＥＤ素子８７に接続したワイヤー８７ｂがボンディングされている。
【００４３】
そして左記４本のリードフレームの上端領域を覆うように形成された透明樹脂レンズ８８が形成されていて、透明樹脂レンズは、リードフレームに平行は方向に直角な方向の赤外線ＬＥＤ素子８５及びホトトランジスタ素子８６の上方に形成され、さらに、赤外線ＬＥＤ素子から放射された赤外線に大部分がレンズの内壁を照射する範囲に対応するレンズ表面には光触媒の薄膜８９が備えられている。また、紫外線ＬＥＤ素子８７の発光方向には紫外線発光素子８７から放射された紫外線を反射して左記赤外線ＬＥＤ素子８５から放射される赤外線と同一方向に向うように、反射面９０が設けられた構成になっている。
【００４４】
なお、上記反射面は紫外線ＬＥＤを焦点とする放物反射面とすることにより、紫外線ＬＥＤから放射された紫外線は放物反射面で反射され略平行光となってレンズ面に備えられた光触媒に薄膜に均一に照射される。また前記放物反射面を拡散反射面とすることで反射面で反射された紫外線が平行光と拡散光の組み合わせとなり、レンズ表面に備えられた光触媒の薄膜を照射する紫外線光の均一性がさらに向上する。
【００４５】
拡散反射面を構成する方法の一例として、透明樹脂で反射面の形状を形成し、表面にアルミニュームを蒸着、あるいは塗装することが考えられる。また、拡散反射シートを張り付けることでも実現できる。その他、拡散反射面を構成する方法は、実際の設計にあたって適宜な手段で実現すればよい。
【００４６】
第４の実施形態による光学式液面センサーは、上記第３の実施形態と同様に検出方向がリードフレームに対して横向きので検出する構成になっている。これは、検出する液体の入ったタンクに穴をあけ、レンズをタンクの内部に向けて取り付けた場合、リードフレームはタンクと平行に密着して配置されるため、タンク周辺に他の部品が取り付けられていて余分なスペースが少ない場合には有利な構造となっている。
【００４７】
なお、第４の実施様態による光学式液面センサーにおける透明樹脂のレンズは、球体でも良いし、赤外線ＬＥＤ素子およびホトトランジスタ素子を焦点位置とする回転楕円形としても良い。
【００４８】
さらに、第４の実施形態で検出媒体である光に赤外線を使用し、発光素子として赤外線ＬＥＤ素子４７を使用したが、必ずしも赤外線である必要はなく、可視光であっても検知機能には変わりがなく、その場合可視光ＬＥＤを発光素子として使用することで実現できる。可視光ＬＥＤ素子を使用すると、発光素子としての可視光ＬＥＤ素子が正常に動作しているかどうかが目で見て直接確認できるというメリットがある。
【００４９】
図６は上記第３及び第４の実施形態に共通する回路７０を示している。ここで、赤外線ＬＥＤａのアノードは端子１１１、カソードはホトトランジスタｂのエミッタと紫外線ＬＥＤｃのカソードと共通の端子１１３に、ホトトランジスタｂのコレクタは端子１１２、エミッタは前記共通の端子１１３に、紫外線ＬＥＤｃのアノードは端子１１４、カソードは前記共通の端子１１３にそれぞれ接続されている。
【００５０】
上記回路を駆動するために必要な電源の接続方法は、赤外線ＬＥＤａに対しては、電源の−側を端子１１３に、＋側を端子１１１に外付けで設けられた電流制限抵抗を介して接続し、適宜に調整した電圧を印加して発光させる。また、ホトトランジスタｂには、電源の−側を端子１１３に、＋側を赤外線ＬＥＤａから放射される赤外線を受けて変化するコレクタ電流を電圧として検出するために端子１１２に外付けで設けられた抵抗を介して接続し、電圧を印加することにより受光量の変化を電圧の変化として検出する。さらに、紫外線ＬＥＤｃには、電源の−側を端子１１３に、＋側を端子１１４に外付けで設けられた電流制限抵抗を介して接続し、適宜に調整した電圧を印加して透明樹脂レンズの表面に備えられた光触媒を照射する紫外線を放射させる。
【００５１】
なお、上記第３及び第４の実施形態における構成と回路との対応を説明すると、図６の回路図７０における赤外線ＬＥＤａは、第３の実施形態を示す図５においては赤外線ＬＥＤ素子６５に、第４の実施形態を示す図７においては赤外線ＬＥＤ素子８５に対応する。以下同様に、ホトトランジスタｂはホトトランジスタ素子６６及び８５、紫外線ＬＥＤｃは赤外線ＬＥＤ素子６７及び８７、端子１１１は第１のリードフレーム６１および８１、端子１１３は第２のリードフレーム６４及び８２、端子１１３は第３のリードフレーム６３及び８３、端子１１４は第４のリードフレーム６４及び８４、に対応する。
【００５２】
上記第１から第４の実施形態で使用する紫外線ＬＥＤ素子の主な発光波長は、３００ｎｍ〜４１０ｎｍ、可視光ＬＥＤ素子の主な発光波長は４１０ｎｍ〜７８０ｎｍ、赤外線ＬＥＤ素子の主な発光波長は７８０ｎｍ〜１６００ｎｍが望ましい。また、受光素子はシリコンを主成分とするホトトランジスタ、ＰＩＮホトダイオード、アバランシェホトダイオードなどが用いられ、感度波長範囲は３２０ｎｍ〜１１４０ｎｍが望ましい。
【００５３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、液面を検出する液体に直接浸漬して使用する光学式液面センサーにあって、光学式液面センサーの内部に設けられた紫外線ＬＥＤ素子から放射される紫外線を、光学式液面センサーの透明樹脂レンズの表面に備えられた光触媒の薄膜に照射、吸収させ、光触媒反応によって、レンズの表面に接している水垢、汚れ等の有機物を分解し、防汚、浄化することにより、レンズの表面に異物が付着することによって起こる液面の誤検出を防ぐことが可能になる。
【００５４】
また、光触媒には親水の働きもあり、レンズが液体中から空気中に露出したときに起きる液溜まりを防ぎ、レンズが液体中から空気中に露出した時点で遅れなく空気中にあることを検知することが可能となる。
【００５５】
さらに、可視光又は赤外線と受光素子の組み合わせによる液面検出機能と、紫外線とレンズ表面に設けられた光触媒の薄膜の組み合わせによるレンズ表面の浄化機能は、それぞれ独立して機能を果たすような回路構成になっている。したがって、本発明の光学式液面センサーを取りつけた装置が、レンズを液体中に浸漬された状態で長時間使用されない場合であっても、紫外線ＬＥＤ素子のみを駆動し、光触媒反応を継続させておくことで常にレンズの表面に異物の付着しない状態が保たれ、レンズの清掃等のメンテナンスをすることなく装置の使用を再開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の液面センサーの例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光学式液面センサーの概略断面図である。
【図３】本発明の第１及び第２の実施形態に係る光学式液面センサーの回路図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る光学式液面センサーを示し、（ａ）は概略上面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る光学式液面センサーを示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略側面図である。
【図６】本発明の第３及び第４の実施形態に係る光学式液面センサーの回路図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光学式液面センサーの概略上面図である。
【符号の説明】
２０、４０、６０、８０    光学式液面センサー
２１、４１、６１、８１    第１のリードフレーム
２２、４２、６２、８２    第２のリードフレーム
２３、４５、６３、８３    第３のリードフレーム
２４、４４、６４、８４    第４のリードフレーム
２５、４３                第５のリードフレーム
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ    上端面
４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ、４５ａ    上端面
６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ            上端側面
８１ａ、８２ａ、８３ａ、８４ａ            上端側面
２６、４６、６７、８７    紫外線ＬＥＤ素子
２７、４７、６５、８５    赤外線ＬＥＤ素子
２８、４８、６６、８６    ホトトランジスタ素子
ｃ    紫外線ＬＥＤ
ａ    赤外線ＬＥＤ
ｂ    ホトトランジスタ
３０、５１、６８、８８    透明樹脂レンズ
３１、５２、６９、８９    光触媒の薄膜
【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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