JP2508139B2 - 液面検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、容器内部に貯蔵された液体の液面位置の目
視による検出に有効な液面検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、容器内部に貯蔵された液体の液面を検出す
る各種の技術が知られている。このようなものとして、
例えば、以下のような技術が提案されている。すなわ
ち、 （１）液体を収容する容器内の液位の変動方向に向けて
延設された略山形のプリズム部を備えた透光体と、この
透光体に対して水平方向に離間対向配置させた反射板
と、この反射板と前記透光体とにより前記容器内の液位
を表示する表示装置とを具備した「液位表示装置」（実
開昭62-7031号公報）。

（２）液面に浮くフロートに接続されたフロートアーム
を回動自在に支承する支持体に設けられた抵抗体と、上
記フロートアームの回動に応じて上記抵抗体を摺動する
主摺動子とを備え、液面位置を電気抵抗の変化により検
出する「液面検出器」（実開昭62-28127号公報）。

（３）上下方向に配設された電気抵抗基板と、液面変化
に追随して前記電気抵抗基板に沿って上下移動するフロ
ートとを備え、液面変化に追随移動する前記フロートの
直線的変化を電気抵抗値の変位として取出すようにした
「液量検出装置」（実開昭62-28129号公報）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、上記従来技術には、以下のような問題点があ
り、未だ不充分なものであった。すなわち、 （１）液面と共に上下動するフロートの動きを電気抵抗
値の変化等に変換して検出する構成は、該フロートの動
きを伝達、あるいは、変換する機械的可動部分を有する
ので、容器内部に比較的広い実装空間が必要になる。し
たがって、二輪車の燃料タンク、家庭用ストーブの灯油
タンク等、比較的小型の容器への適用は困難であり、装
置の小型化に伴って、汎用性が低下するという問題点が
あった。

（２）また、液面位置を電気信号に変換して検出した場
合は、該検出結果を表示するメータ等の電気信号に応じ
て作動する表示器が必要になり、装置構成が複雑化する
と共に、該表示器の実装スペースも必要になり、実装性
の低下を招くという問題もあった。このことは、例え
ば、二輪車の燃料タンク等、移動体に配設される容器に
適用する場合に、特に大きな障害となっていた。

（３）さらに、機械的可動部分を有する構成は、精密な
位置決めや所定の部品精度が要求されるので、装置の部
品点数や製造工数の増加を招き、作業能率が低下すると
いう問題点もあった。

（４）また、容器が、例えば、車両等移動するものに搭
載されているときは、外部からの熱・振動・加速度等が
加わるので、装置の信頼性・耐久性が低下するという問
題点もあった。

（５）さらに、プリズム等の光学素子を使用する構成
は、容器の側面方向からしか観測できず、特に上面から
は観測できないため、液面検出の作業性が低下し、しか
も、目視により計測するときは所定以上の明るさを必要
とするので、例えば、夜間等に、照明無しで液面位置を
計測することは極めて困難であり、液面表示視認性が悪
化するという問題もあった。

本発明は、小型の装置により、容器に貯蔵された液体
の液面位置を優れた視認性で好適に表示する液面検出装
置の提供を目的とする。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 上記問題を解決するためになされた本発明は、容器に
貯蔵された液体の液面を検出する液面検出装置におい
て、 上記容器内部に、上記液面と交差する方向に配設さ
れ、予め定められた発光位置から直接照射される光の進
行方向を、予め定められた所定方向に変更する光学素子
と、 上記発光位置に配設され、上記容器内部を照光する光
源と、 上記容器外周部の上記所定方向に配設され、上記光学
素子により進行方向を変更された光を受光して散乱する
拡散部材と、 を備えたことを特徴とする液面検出装置を要旨とする
ものである。

光学素子とは、容器内部に、液面と交差する方向に配
設され、予め定められた発光位置から直接照射される光
の進行方向を、予め定められた所定方向に変更するもの
である。例えば、発光位置から発光される参照光である
球面波と、所定方向に向かう物体光である平行な平面波
とを、記録材料に逆の面から照射して作製した反射型ホ
ログラムにより実現できる。また、例えば、記録材料の
同一面側から物体光と参照光とを入射させて作製した透
過型ホログラムにより構成しても良い。さらに、例え
ば、周知の回折格子と光学フィルタとの組合せにより構
成しても良い。

光源とは、発光位置に配設されて容器内部を照光する
ものである。例えば、所定波長の光を出力する発光ダイ
オード等の単色光源により実現できる。また、例えば、
ハロゲン化金属ランプ、ナトリウムランプ等の放電ラン
プ、あるいは、蛍光灯等の可視光線を発生するものであ
っても良い。さらに、例えば、赤外線、あるいは、紫外
線を発生するものにより構成しても良い。

拡散部材とは、容器外周部の所定方向に配設され、光
学素子により進行方向を変更された光を受光して散乱す
るものである。例えば、すりガラス板等により実現でき
る。また、例えば、散乱スクリーンであっても良い。さ
らに、例えば、光源から可視光線以外の光線、紫外線等
が照射されている場合には、蛍光物質を塗布したすりガ
ラスにより構成できる。また、例えば、光線の方向を規
制するガイド部材を備えたガラス板であっても良い。

［作用］ 本発明の液面検出装置は、液体を貯蔵する容器内部の
予め定められた発光位置に設置した光源の直接照射する
光の進行方向を、上記容器内部の液面と交差する方向に
配設された光学素子が予め定められた所定方向に変更
し、該進行方向を変更された光を、上記容器外周部の上
記所定方向に配設された拡散部材は、受光して散乱する
よう働く。

すなわち、液体を貯蔵する容器内部の予め定められた
位置から照射される光の内、角度選択性を有する光学素
子により、液体内部を通過せず直接照射される光、もし
くは、液体内部を通過した光の何れか一方を選択し、進
行方向を変更して容器外周部に導いて散乱させるのであ
る。

従って、本発明の液面検出装置は、簡単な装置構成
で、容器に貯蔵された液体の液面を明瞭に表示するよう
働く。

以上のように本発明の各構成要素が作用することによ
り、本発明の技術的課題が解決される。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。本発明の一実施例である液面検出装置の概略構
成を第１図に示す。

同図に示すように、液面検出装置１は、液体２を貯蔵
する容器３内部に配設されて該容器３内部を照光する発
光部４、上記容器３内部に、上記液面と略直交する方向
であって上記発光部４に対向する位置である上記容器３
の側面に設けられて上記発光部４からの照射光を反射す
るホログラム乾板５および上記容器３の上面に設けられ
て上記ホログラム乾板５から反射される光を散乱させる
表示部６から構成されている。

上記発光部４は、図示しない電源が投入されているか
否かを判定するON/OFF確認窓10aを有する発光室10、該
発光室10内部に配設されて所定波長の単色光を照射する
発光ダイオード11および該発光ダイオード11からの光
を、同図の紙面に垂直方向に拡散させることなく上記ホ
ログラム乾板５に向かう方向に集光して該ホログラム乾
板５に導くシリンドリカルレンズ12を備えている。

上記ホログラム乾板５は、基板であるガラス板13、該
ガラス板13の片面に塗布された感光材料である乳材14か
ら成り、さらに、上記乳材14が塗布された側は、水分等
から悪影響を受けないように、カバーガラス15により、
真空加熱後乾燥ガス中で完全にシールされている。

上記表示部６は、外乱光防止のために配設されたガイ
ドルーバ16、上記ホログラム乾板５からの反射光を拡散
するすりガイド板17から構成されている。

上記ホログラム乾板５は、第２図に示す、リップマン
・ホログラム用光学系21により露光して作製される。該
光学系21では、まず、レーザ22の出力するコヒーレント
なレーザ光をビームスプリッタ23で分割して二つの可干
渉性の光波を作る。一方の光ビームは、ミラー24,25、
で方向変換され、対物レンズ26、ピンホール27で集光さ
れ、同図に矢印Ｅで示す方向に進み、乾板28および該乾
板28の裏面に塗布された乳剤29を参照光として照射す
る。他方の光は、ミラー30,31で方向変換され、対物レ
ンズ32、ピンホール33で集光され、レンズ34で拡大され
て平行光線になった後、同図に矢印Ｆで示す方向に進ん
で上記乾板28および乳剤29を物体光として照射する。こ
こで、上記参照光と物体光とが干渉し、これを現像定着
するとホログラムができる。このように作製されたホロ
グラムは、矢印Ｅ方向からの入射光のみを矢印Ｆ方向に
反射する特性、所謂角度選択性を持つ。なお、第１図に
示す、発光ダイオード11のホログラム乾板５に対する位
置は、第２図のピンホール27の位置と同じであり、ホロ
グラムは、レーザ22の波長と同一の波長（特定波長）の
光、すなわち、特定の方向に対しては、特定の色の光だ
けを反射する、所謂波長選択性を有する。従って、第１
図に示す発光ダイオード11が出力する光は、第２図に示
すレーザの波長とほぼ等しい波長を有する光、もしく
は、該レーザの波長とほぼ等しい波長を含む光でなけれ
ばならない。

なお、作成時のレーザ光と異なった波長の表示を行な
う時は、その波長の光が表示部６に反射される様に、あ
らかじめ、作成時の角度をずらしておくか、あるいは、
露光後の現像・乾燥行程で乳剤を膨潤あるいは収縮させ
てホログラム乾板５の厚さを変化させる必要がある。

上記構成の液面検出装置１は、以下のように作動す
る。すなわち、第１図に示すように、発光ダイオード11
から照射された光の内、液体２内部に入射した光は、容
器３内部の空気と液体２との屈折率の相違により進行方
向が変化し、同図に矢印A,Bで示すように、ホログラム
乾板５への入射角が変わるので、反射しない。一方、上
記発光ダイオード11から照射された光の内、容器３内部
の空気中を進行する光は、同図に矢印C,Dで示すよう
に、ホログラム乾板５へ、予め定められた所定の入射角
で入射するので反射して表示部６に到達する。したがっ
て、同図に白抜き矢印Ｘで示す方向、すなわち、容器３
の上方から表示部６を観測すると、容器３の底面から液
体２の液面位置までの範囲に入射する光はホログラム乾
板５で反射しないので、表示部６では黒色に表示され、
一方、液体２の液面位置から容器３の上面までの範囲に
入射する光は、ホログラム乾板５の角度選択性および波
長選択性により反射するので、表示部６では上記波長選
択性に合致した波長に応じた所定の色で表示される。こ
のように、容器３内部の液体２の液面位置の変化を、表
示部６の光が照射されない黒色部分と所定の色の光で照
射されている部分との境界線の位置の変化により検知で
きる。

なお本実施例において、ホログラム乾板５が光学素子
に、発光ダイオード11が光源に、すりガラス板17が拡散
部材に、各々該当する。

以上説明したように本実施例によれば、液面検出装置
１を小型化できると共に、液面表示視認性も向上でき
る。

このことは、例えば、液面検出装置１の充分な実装ス
ペースがタンク内部、あるいは、タンク周辺に確保し難
く、しかも、液面検出装置１の表示部６の目視による確
認が比較的困難な環境、例えば、夜間、暗い室内等で液
面の位置を検出する必要のある、二輪車の燃料タンク、
もしくは、石油ストーブの灯油タンク等に適用すると、
好適である。

また、表示部６をガイドルーバ16およびすりガラス板
17により構成し、ホログラム乾板５からの反射光をすり
ガラス板17で散乱させるので、何れの角度から観察して
も、表示された検出結果は同一であり、観測位置の相違
に起因する測定誤差を生じない。したがって、観測者は
液面検出装置１の上方の比較的広い角度範囲から液面位
置の表示を、視点の違いに起因する視差を伴うことな
く、常時正確に観察できる。

さらに、液面検出装置１が発光部４に特定波長の光を
照射する発光ダイオード11を内蔵し、しかも、ホログラ
ム乾板５が角度選択性と波長選択性とを併せ持つので、
液面検出に必要な明るさを確保できない環境、例えば、
夜間でも、暗視装置等を使用することなく、上記特定波
長に対応する特定の色により明瞭に表示される液面位置
を目視で正確に検出することが可能になる。

また、発光ダイオード11、ホログラム乾板５および表
示部６を、容器内部の予め定められた位置関係に配設す
ると必ず液面を検出できるため、容器の最も観測し易い
位置、例えば、上面に表示部６を配置できるので、容易
に液面を検出できる。

さらに、発光ダイオード11、ホログラム乾板５および
表示部６から成る簡単な装置構成で済み、正確な位置決
めを必要とする部分や機械的可動部分等がないため、摩
耗・劣化による損傷を生じないので、液面検出装置１の
信頼性・耐久性が向上すると共に、部品点数の削減によ
り液面検出装置１の組立工数も少なくできる。

また、発光ダイオード11から照射される光が屈折する
液体を貯蔵している容器であれば、液体が、透明か着色
されているかに依らず全てに適用可能であるため、汎用
性の高い液面検出装置１を提供できる。

さらに、発光ダイオード11は、例えば、ハロゲンラン
プ等に比較して、消費電力が少なくて済み、しかも、発
熱も少ないので、実装に好適である。

なお、本実施例では、容器３の上面に表示部６を設け
た。しかし、例えば、容器３の側面に表示部を配設する
こともできる。すなわち、発光部４、ホログラム乾板５
は既述した実施例と同様に構成し、該ホログラム乾板５
の裏面の容器３の側壁を既述した表示部６と同様の構成
にする。この場合、容器３の底面から液面までは、光が
ホログラム乾板５およびカバーガラス板15を透過してく
るため表示部は明るくなり、液面から容器３の上面まで
は、光がホログラム乾板５で反射して透過しないので表
示部は暗くなる。このように構成しても、上述した実施
例と同様な効果が得られる。

また、本実施例では、表示部６を容器３の上面に配設
した。しかし、例えば、第３図に示すように、容器43の
側面に配置するよう構成しても良い。すなわち、同図に
示すように、液面検出装置41を、液体42を貯蔵する容器
43内部に配設されて該容器43内部を照光する発光部44、
上記容器43内部に、上記液面と略直交する方向であって
上記発光部44に対向する位置に設置され、上記容器43の
側面に設けられて上記発光部44からの照射光を透過する
ホログラム乾板45および該ホログラム乾板45の裏面側で
ある上記容器43の側壁に設けられたガラス板から成る表
示部46から構成することもできる。

上記発光部44は既述した実施例と同様な構成であり、
ホログラム乾板45は透過型ホログラムであり、特定の角
度から入射する光のみを所定方向に光路変更する。ま
た、上記表示部46は、上記ホログラム乾板45からの透過
光を通過させると共に、上記ホログラム乾板45を保護す
る。

上記のように構成すると、液面検出装置41は次のよう
に作動する。すなわち、発光ダイオード51から照射され
てシリンドリカルレンズ52で集光された光の内、液体42
内部に入射した光は、容器43内部の空気と液体42との屈
折率の相違により進行方向が変化し、同図に矢印G,Hで
示すように、ホログラム乾板45へ所定の入射角と異なる
入射角で入射するので透過し、進行方向をほとんど変更
されないで表示部46を介して容器43の斜め下方向に出
る。一方、上記発光ダイオード51から照射されてシリン
ドリカルレンズ52で集光された光の内、容器43内部の空
気中を進行する光は、同図に矢印I,Jで示すように、ホ
ログラム乾板45へ所定の入射角で入射するので、光の進
行方向がホログラム乾板45と略直交方向に変更されて容
器43の底面と平行方向に出る。したがって、同図に白抜
き矢印Ｙで示す方向、すなわち、容器43の側方から表示
部46を観測すると、容器43の底面から液体42の液面位置
までの範囲に入射する光はホログラム乾板45の角度選択
性および波長選択性により透過時に進路を変えられない
ので、表示部46が暗く表示され、一方、液体42の液面位
置から容器43の上面までの範囲に入射する光は、ホログ
ラム乾板45透過時に角度選択性および波長選択性により
進路を該ホログラム乾板45と略直交方向に変更されるの
で、表示部46が明るく表示される。このように、透過型
ホログラム乾板45を使用しても液面の位置を検出でき
る。

さらに、本実施例では、発光ダイオード11は単色の可
視光を照射するよう構成したので、液面位置は表示部６
に該単色で表示され、目視による視認性が向上できた。
しかし、例えば、赤外光や紫外光を照射する発光ダイオ
ードを使用するよう構成しても良い。このように構成し
た場合は、表示部６に蛍光物質を塗布したり、光の波長
を延長、もしくは、短縮する光学素子を設ければ、既述
した実施例と同様な効果が得られると共に、太陽光線等
の外乱光の影響を受けにくくなるという効果を奏する。

以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、
本発明はこのような実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
態様で実施し得ることは勿論である。

発明の効果 以上詳記したように本発明の液面検出装置は、液体を
貯蔵する容器内部の予め定められた位置から照射される
光の内、角度選択性を有する光学素子により、液体内部
を通過せず直接照射される光、もしくは、液体内部を通
過した光の内何れか一方を選択し、進行方向を変更して
容器外周部に導いて散乱させるよう構成されている。こ
のため、装置の小型化の実現と液面表示視認性向上とを
両立できるという優れた効果を奏する。

このことは、例えば、二輪車の燃料タンク、もしく
は、石油ストーブの灯油タンク等、液面検出装置の充分
な実装空間が確保できず、しかも、液面表示の目視によ
る確認が比較的困難な環境、例えば、夜間、暗い室内等
で使用される液体貯蔵容器に適用すると、特に顕著な効
果を示す。

また、装置が光源を内蔵しているので、液面検出に必
要な明るさを確保できない環境下でも、暗視装置等を使
用することなく正確に液面位置を検出できる。

さらに、光を拡散部材で散乱させるため、観測可能範
囲が拡大されるので、観測者の視点の差に起因する測定
誤差を生じない。従って、何れの角度から見ても、常時
正確な液面位置を計測できる。

また、光源、光学素子および表示部を、予め定められ
た位置関係に配設すると必ず液面を検出できるため、容
器の最も観測し易い位置に表示部を配置できるので、液
面検出の作業性が向上する。

さらに、光源、光学素子および表示部から成る簡単な
構成で済み、微調整が必要になる位置決め部分や機械的
可動部分等がないので、装置の信頼性・耐久性が高まる
と共に、部品点数の削減により装置の組立工数も低減で
きる。

また、光源から照射される光を屈折させられる液体を
貯蔵している容器であれば、液体の特性、例えば、着色
の有無等に依らず全てに適用可能であるため、装置の汎
用性が高まる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例を示す概略構成図、第２図は同
じくそのホログラム作成配置図、第３図はその他の実施
例を示す概略構成図である。 １……液面検出装置、４……発光部、５……ホログラム
乾板、６……表示部、11……発光ダイオード、13……ガ
ラス板、14……乳剤、17……すりガラス板

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】容器に貯蔵された液体の液面を検出する液
   面検出装置において、 上記容器内部に、上記液面と交差する方向に配設され、
   予め定められた発光位置から直接照射される光の進行方
   向を、予め定められた所定方向に変更する光学素子と、 上記発光位置に配設され、上記容器内部を照光する光源
   と、 上記容器外周部の上記所定方向に配設され、上記光学素
   子により進行方向を変更された光を受光して散乱する拡
   散部材と、 を備えたことを特徴とする液面検出装置。