JPH0194221A - 対象物状態検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、対象物、例えは燃料タンク内におけるカッリ
ン、灯油等の状態、例えば残置を検出する対象物状態検
出器に関する。

〔従来の技術〕

従来、タンク内におけるカッリン、灯油等の液体の７Ａ
量を検出するのに、液面にフロー１〜球を浮かベフロー
ト球が液面とともに上下に移動することを利用して機械
的に検出する対象物状態検出器（上記例の場合は液面検
出器）が一般的に用いられている。

〔発明か解決しようとする問題点〕

しかしながら、−■−述したような従来の対象物状態検
出器では、フロー１〜球が上下に移動するので可動部を
必要としこのために検出器自体を小型化するには限度が
あり、さらに、機械的に検出を行なうため、構成部材の
錆びつき等による故障が起き易いという問題点があった
。

また液体の残量判定を必要とする場合に、タンクの機種
か異なる□ときには一般に検出器から所定の桟板となっ
た液体の液面までの基準「１階が異なるのでフロート珠
を用いる検出の仕方ではタンクの機種ごとにそれぞれ専
用の検出器を作らなければならないという問題があった
。

本発明は、信頼性か高くかつ小型化することが可能であ
るとともに、対象物の表面、例えば液面までの基準距離
か変った場合にも調整の容易な対象物状態検出器を提供
することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、電磁波または超音波を対象物に入射させる入
射手段と、対象物から出射した電磁波または超音波の強
度により対象物の状態を検出する検出手段とを側え、対
象物に入射する電磁波または超音波の拡がり角は、可変
となっていることを特徴とする対象物状態検出器によっ
て、」−記従来技術の問題点を改善するものである。

〔作用〕 本発明では、電磁波または超音波を対象１吻、例えば液
体の液面に入射させ対象１勿から出射した電磁波または
超音波の強度により対象物の状態、例えは液体の残量を
検出する。対象物の状態は電磁波または超音波により非
接触て検出されるので、検出器自体を小型にし信頼性を
高めることがてきる。ところで本発明ではさらに対象物
に入射する電磁波または超音波の拡がり角を例えは入射
手段の光源、投光レンズ間の間隔を変化させることによ
り調整できるので、対象物を収容する容器、例えはタン
クの種ｆｉか箕なり対象物人血までの基？Ｖ−１１０雛
か箕なるような場合にも対象物の残量を同じ精疫で判定
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る対象物状態検出器の一実施例の栢
成図である。

本実施例の対象物状態検出器１は、電磁波を出力する光
源２と、光源２の発光光束の拡がり角を任意に設定でき
る投光レンズ３と、対象物４からの出射光すなわち反射
光を集光するための受光レンズ５と、反射光を光電変換
するための受光素子６とを備えている。

対象Ｔｈ４は、例えばガソリン等の液体である。

光源２．投光レンズ３．受光しンス５および受光素子６
は同一光軸上に配置され、電磁波は対象物４としての液
体の液面に垂直に入射し、反射されるようになっている
。すなわち第１図の対象物状態検出器１は、その中心軸
線が光学系の光軸と一致するようタンク（図示せず）に
回動自在に取付けられている。

さらに、本実施例では、光源２と投光レンズ３との間隔
を調整することにより発光光束の拡がり角θを調節でき
るようになっている。

第２図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ光源２と投光レン
ズ３との間隔の調節機構の側断面図、正面図である。

第２図において、光源２は例えば発光ダイオー−ロ　　
　　− ドであり、この光源２の発光点２０がら投光レンズ３の
前主点位置までの間隔をａとする。光源２は、取付具２
１に固定され、投光レンズ３は、レンズボルタ２２に取
付？−Ｊられている。取付具２］とレンズホルダ２２と
は螺合しており、レンズホルタ２２を回ずと、光源２と
投光レンズ３との間隔ａか変わるようになっている。ま
た取付具２１にはＩ−字形部材２３が突設されている。

Ｌ字形部材２３は、孔２４を有し、この孔２４内には、
Ｌ字形部材２３の先端部に位置決めされるボール２５を
レンズホルタ２２の側壁に向がって付勢するなめのバネ
２６が収容されている。一方、レンズボルダ２２の側壁
には７字形溝２７か形成されており、取イ」具２１に対
してレンズボルダ２２を所定星回ずとポール２５か７字
形溝２７に嵌まり、レンズホルタ２２はより力を加えな
ければ回らないようになっている。これにより投光レン
ズ３の繰出し量ずな、わち間隔ａの変化量は、取付具２
１とレンズホルタ２２とを螺合さぜるネジのピッチと、
レンズホルタ２２」二の７字形溝２７の位置とによって
定められ、間隔ａ、を変化さぜることによって後述のよ
うに拡がり角θを調節できる。

このような構成では、光源２からの電磁波の強度を■。

、その拡がり角をθ、液面の反射率をＲ１投光レンズ３
から液面までの距離をＩ７．投光レンズ３の口径をｄ　
、受光レンズ５の有効径をｄｒρ とすると、受光素子６に入射する反射光の強度Ｉは、 ［：１６−Ｒ２・ｔａｎ”　　（θ／　２　）　：］　
・−−−−−（１）として与えられる。なお、反射光の
強度■は、液体の液面によって主に鏡面反射された反射
光の強度である。

（１）式において、Ｉ　　、Ｒ，ｄ　　、ｄ　　は一定
Ｏｒｐ である。また拡がり角θは、対象物状態検出器］を１つ
の種類のタンクで動作させている間、一定であるとする
と、反射光の強度■は、液面までのｆ？Ｉｉ　ＩＩ　Ｉ
−の２乗に反比例して変化する。これにより、受光索子
６に入射した反射光を光電流として取出しこれを受光素
子６の後段の処理回路において信号電圧に変換して、液
面までの距離Ｉ−を電圧値として求めこの電圧値が所定
の参照電圧値と一致したときに距離りが所定の基準圧Ｈ
１，、ｏになったと判定し、タンク内の液体は所定の残
量となったと判定することができる。このようにして、
本実施例の対象物状態検出器１では、フロー１〜球のよ
うな機構的な部材を用いずに電磁波により非接触で液面
の高さ並ひに残量を検出できるので、検出器自体を小型
にしかつ信顆性を高めることができる。

ところで、液体を収容するタンクの種類、形状ごとに残
量判定の基準となる基準「ト離Ｉ、。が異なる場合があ
る。このような場合にタンクの種類が変わって基準距離
り。が変化したときにも、後段の処理回路において参照
電圧値をタンクの種類ごとに調節することにより、同じ
残量の液面レベルを検出できる。しかしながら反射光強
度■は、「［ｌ＠Ｌの自乗に反比例するため、基準距離
１−ｏが２倍あるいはそれ以上相違するような場合には
、信号電圧が著しく小さくなり、残量の検出誤差か大き
くなる恐れがある。ずなわちタンクの種類ごとに残量判
定精度が異なるようになる。

このため本実１１例では、参照電圧値を調節するのでは
なく、液面までの距離しか基準圧Ｍ　Ｌ　ｏとなったと
きに受光素子６に入射する反射光の強度■がタンクの種
類が変っても一定となるよう、タンクの種類が変わるご
とに拡がり角θを調節するようにする。すなわち、受光
素子６に入射する反射光の強度■がタンクの種類によら
ずに常に一定であるようにするためには、（１）式にお
いて、拡かり角θをタンクの種類ごとに変えて、この拡
がり角θと基準圧ｉｌＬ。どの間に ｊａｎ　　（θ／　２　）　−１，、ｏ＝　Ｃ１＝−−
−−・（２）の関係をもたぜる必要かある。なおＣ１は
〔■。

・Ｒ・　（ｄ　　　−ｄ　　　）／（１６・Ｉ）〕１／
２ｒｐ の一定値をもつ。

また、投光レンズ３の焦点距離をｆとし、光源２の発光
点２０の大きさが無視できる程度に小さいとすると、拡
かり角θと、投光レンズ３の焦点距離ｆ１発光点２０と
投光レンズ３の前主点位置との間隔ａとの間には、 ｔａｎ　（θ／　２）　＝Ｃ（ｆ　　ａ　）　・ｄ　ｐ
／　（２・　ａ−ｆ））　　　　　　　　　　　　　・
・・・・・（３）の関係が成り立ち、（３）式から拡が
り角θを調節するには、間隔ａを変化させれば良いこと
かわがる。

そこで拡がり角θと基準距離Ｌｏとの関係のかわりに間
隔ａと基準距離り。どの関係を得るため（２）式および
（３）式から、拡がり角θを消去すると、次式を得るこ
とができる。

ａ＝　（ｆ−ｄ　　−Ｌｏ　） ／　（２、ｃ　　−ｔ’＋ａ　　−ｒ、ｏ、　　　　−
−−−−−（４）ｒｐ （４）式かられかるように基準距離Ｌｏがタンクの種類
ごとに変わっても、投光レンズ３を光源２に対し移動さ
せて、これらの間隔ａを調節することにより、液体が所
定の残量となったときに受光素子６に入射する反射光の
強度Ｉをタンクの種類によらずに同じにすることかでき
て、後段の処理回路において参照電圧値を何ら調節する
ことなく、電圧値か所定の参照電圧値になったときに所
定の残量であるとの判定を行なうことかできる。

なお、光源２の発光点２０と投光レンズ３との間隔ａは
、前述したように投光レンズ３を取付げているレンズホ
ルタ２２を取イ」具２１に対して回すことによって調節
される。

第３図（ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ、本実施例の対象物
状態検出器１を大きさの異なる３種類のタンク３０，３
１．３２に取付けた状態を示す図であり、第４図（ａ）
乃至（Ｃ）はそれぞれ、基準距離Ｌｏか各々相違してい
る第３図（ａ）乃至（Ｃ）の各場合に間隔ａを調節する
ことによって得られる反射光強度■を示す図である。な
お第３図（ａ）乃至（Ｃ）において対象物状態検出器１
−は、投光レンズ３の焦点距離ｆが１０ｍｍ、投光レン
ズ３の口径ｄ　が６　ｍｍ　、受光レンズ５の有効径ｄ
、が］、　８　ｍｍ　。

光源２からの電磁波の強度ＩｏがｌＱｍｗに設定された
。また液面での反射率Ｒを０．０２．Ｉ／■ｏを０．０
０１に設定しな。以上の数値により、定数Ｃ１は］、８
．９７となる。さらに第３図（ａ）乃至（Ｃ）において
液面までの基準距離Ｌｏをそれぞれ２００ｍｍ、　５０
０＋ｎｍ、　　１０００ｍｍとした。

これらの値を（４）式に代入して、光′ａ２の発光点２
０から投光レンズ３の前主点位置までの間隔ａを求める
と、間隔ａは第３図（ａ）の例では７．６０ｍｍ、第３
図（ｂ）の例では８．８８１ｍ、第３図（Ｃ）の例では
９．４１．ｍｍとなり、各場合の拡がり角θはそれぞれ
１０．８４°、４．３５７°。

２．１．７５°になる。これらの数値を（１）式に代入
すると、判定すべき液体の残量の基準圧１ｆｔＬ。

の前後における反射光の強度■は、各場合について第４
図（ａ）乃至（Ｃ）のように求まる。

第４図（ａ）乃至（Ｃ）の各々において設定された残量
判定の基準距離■−８に対し、許容誤差εを±５％に設
定すると、反射光の強度■は、異なる３種類のタンク３
０，３１．３２のいずれにおいても、９．１乃至１１，
１μＷの範囲に入る。

一方、受光素子６Ｆに集光される反射光の強度■は、受
光素子６において線形的に光電流値に変換され、この光
電流値は図示しないか後段の処理回路において線形的に
電圧値に変換され増幅されるので、増幅された結果の信
号電圧は、反射光の強度Ｉと比例しタンクの種類か異な
っても同じ誤差範囲をとる。従って、信号電圧を常に一
定な参照電圧値と比較することにより、いずれの種類の
タンクであっても、同じ判定精度を得ることかできる。

このように本実施例では、間隔ａを変化させて拡がり角
θを調整しタンクの種類によらずに液体の残量判定の精
度を同じにすることができるか、間隔ａを変化させるか
わりに、投光レンズ３自体の光学定数を変化させて拡が
り角θを調節することも可能である。

また上述の実施例では、対象物状態検出器１の光学系を
同一光軸となるよう配置し入射光を液面に垂直に入射さ
せ入射光と反射光の光路を一致させていたが、入射光を
垂直でない所定の角度で入射させ、入射光と反射光の光
路が対象物状態検出器の中心軸線に対し対称となるよう
光源２．投光レンズ３と受光レンズ５．受光素子６とを
異なる光軸」−に配置してら艮い。たたしこの場合にも
対象物状態検出器の中心軸線が常に液面と垂直に保−１
，２− 持されるようにする必要がある。しかしなから、入射光
と反射光の光路を相違させた場合には、光路が同一の場
合に比べて小型化には適さずまた検出感度か低下するの
で、燃料タンク等の′Ｗｉ造上、光学系を同一光軸上に
配置することのできない特別な用途等に限って用いるの
か良い。

さらに上述の実施例では液面からの反射光の強度を検出
するとしたか、液体を透過した透過光の強度を検出する
ことにより、液■１の高さすなわち液体の残量を検出す
るようにしても良い。たたし、透過光強度を検出する場
合には、入射光の光学系と透過光の光学系を解れた位置
に別々に設けねばならず、簡乍な構造で入射光の光路と
透過光の光路とを正確に一致させるのは難しい。

また、対象物４を燃料タンク内のカッリン、灯油等の液
体としたが、液体に限らず、例えば米櫃内の米粒などの
粒状物あるいは使用中摩耗するような固体としても良い
。対象物４が粒状物、固体の場合でもそれに見合った波
長の電磁波を用いることにより同様の仕方で残量等の状
態を検出することかできる。

さらには、電磁波に限らず、超音波によって対象物４の
状態を検出するようにしても良い。

〔発明の効果〕

以」二に説明したように、本発明では、電磁波または超
音波を対象物に入射させ対象物から出射した電磁波また
は超音波の強度により対象物の状態を検出するようにし
ているので、従来の機械的な検出器に比べて小型にする
ことかできるとともに故障等を減少させることができる
。さらに対象物に入射する電磁波または超音波の拡がり
角は可変となっているので、対象物を収容するタンク等
の容器の種類か界なり基準距離が変わる場合にも容器の
種類によらずに残量判定精度が同じとなるよう容易に調
節できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る対象物状態検出器の一実施例の構
成図、第２図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ光源と投光
レンズとの間隔の調節機構の側断面図、正面図、第３図
（ａ）乃至（Ｃ）はそれぞれ大きさの異なる３種類のタ
ンクへの対象物状態検出器の取付状態を示す図、第４図
（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ第３図（ａ）乃至（Ｃ）の
取付状態のときに算出された液面までの距離と反射光強
度との関係を示す図である。 １・・・対象物状態検出器、２・・・光源、３・・・投
光レンズ、４・・・対象物、５・・・受光レンズ、６・
・・受光素子、ａ・・・光源、投光レンズ間の間隔、θ
・・・拡がり角、Ｌｏ・・・基準距離特許出願人　　　
浜松ホトニクス株式会社代理人　　弁理士　　植　　本
　雅　泊−１，６− （ａ） 距離Ｌ　（ｍｍ） 第４図 （ｂ）　　　　　　　（Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電磁波または超音波を対象物に入射させる入射手段
   と、対象物から出射した電磁波または超音波の強度によ
   り対象物の状態を検出する検出手段とを備え、対象物に
   入射する電磁波または超音波の拡がり角は、可変となっ
   ていることを特徴とする対象物状態検出器。 ２）前記拡がり角は、対象物までの基準距離が変わる場
   合にも前記検出手段への電磁波または超音波の強度か同
   じとなるように変えられることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の対象物状態検出器。 ３）前記拡がり角は、前記入射手段の光源と投光レンズ
   間の間隔を変化させることにより調節されることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の対象物状態検出器
   。