JP2022078595A - 液体センサ - Google Patents

Abstract

【課題】液体の状態をより高精度に検出可能な液体センサを提供する。【解決手段】液体センサは、発光素子１２０と、光導波路１１０と、受光素子１３０と、検出回路とを備えている。受光素子は、光導波路を介して発光素子が発した光を受光するように構成されている。検出回路は、受光素子の出力を検出するように構成されている。光導波路は、ストレートに延びる第１柱部１１１と、ストレートに延びる第２柱部１１２とを含む。第２柱部は、第１柱部に対向する位置に設けられている。第１柱部と第２柱部との間には、液体が位置する空間Ｗ１が形成されている。第１柱部は、発光素子と対向する第１端面Ｓ１と、第１端面に対して傾いており、第２柱部に向けて光を反射させる第２端面Ｓ２とを含む。第２柱部は、受光素子と対向する第３端面Ｓ３と、第３端面に対して傾いており、第２端面において反射した光を受光素子に向けて反射させる第４端面Ｓ４とを含む。【選択図】図４

Description

本発明は、液体センサに関し、特に、液体の状態を検出するように構成された液体センサに関する。

特開平５－２７３１２１号公報（特許文献１）は、液体センサを開示する。この液体センサにおいては、発光素子が発した光が液体内を透過し、液体内を透過した光が受光素子で検出される。この液体センサにおいては、該検出結果に基づいて、液体の汚れが判定される（特許文献１参照）。

特開平５－２７３１２１号公報

本発明は、液体の状態をより高精度に検出可能な液体センサを提供することを目的とする。

本発明に従う液体センサは、液体の状態を検出するように構成されている。この液体センサは、発光素子と、光導波路と、受光素子と、検出回路とを備えている。受光素子は、光導波路を介して発光素子が発した光を受光するように構成されている。検出回路は、受光素子の出力を検出するように構成されている。光導波路は、ストレートに延びる第１柱部と、ストレートに延びる第２柱部とを含む。第２柱部は、第１柱部に対向する位置に設けられている。第１柱部と第２柱部との間には、液体が位置する空間が形成されている。第１柱部は、発光素子と対向する第１端面と、第１端面に対して傾いており、第２柱部に向けて光を反射させる第２端面とを含む。第２柱部は、受光素子と対向する第３端面と、第３端面に対して傾いており、第２端面において反射した光を受光素子に向けて反射させる第４端面とを含む。

この液体センサにおいては、光導波路が第１柱部と第２柱部とによって構成されている。第１柱部及び第２柱部の各々は直線状であり屈曲構造を有していないため、第１柱部及び第２柱部の各々の内部を透過する光の漏れは、光が透過する部分が屈曲構造を有している場合と比較して抑制される。したがって、この液体センサによれば、光導波路外への光の漏れが比較的抑制されるため、液体の状態をより高精度に検出することができる。

上記液体センサにおいて、光導波路は、第１柱部と第２柱部とを接続する接続部をさらに含んでもよい。

この液体センサにおいては、第１柱部と第２柱部とが接続部によって接続されている。したがって、第１柱部と第２柱部との相対的な位置関係が変化しない。その結果、この液体センサによれば、光導波路外への光の漏れが比較的抑制されるため、液体の状態をより高精度に検出することができる。

上記液体センサにおいて、第２端面が第１端面に対して傾いている角度は略４５度であり、第４端面が第３端面に対して傾いている角度は略４５度であってもよい。

上記液体センサにおいて、第２端面及び第４端面の少なくとも一方には、光導波路を構成する材料よりも反射率の高い材料で構成された反射部が形成されていてもよい。

この液体センサにおいては、第２端面及び第４端面の少なくとも一方に反射部が形成される。したがって、この液体センサにおいては、第２端面及び第４端面の少なくとも一方における光の漏れが抑制される。その結果、この液体センサによれば、光導波路外への光の漏れが比較的抑制されるため、液体の状態をより高精度に検出することができる。

上記液体センサにおいて、第１柱部及び第２柱部の少なくとも一方には、液体が位置する切欠きが形成されていてもよい。

この液体センサにおいては、切欠きに位置する液体を光が透過する。したがって、この液体センサによれば、光がより多くの液体中を透過し、受光素子によって受光される光の量に液体の状態をより正確に反映させることができるため、液体の状態をより高精度に検出することができる。

本発明によれば、液体の状態をより高精度に検出可能な液体センサを提供することができる。

液体センサの構成を模式的に示す図である。 液質検出ユニットの構成を模式的に示す図である。 光導波路の先端部を模式的に示す図である。 光導波路内を透過する光の経路の一例を説明するための図である。 液体センサにおける液質の検出手順を示すフローチャートである。 実施の形態２における、光導波路の先端部を模式的に示す図である。 変形例における、液質検出ユニットの構成の一例を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［１．実施の形態１］
＜１－１．液体センサの全体構成＞
図１は、本実施の形態１に従う液体センサ１０の構成を模式的に示す図である。液体センサ１０は、例えば、車両等のオイルタンク内に取り付けられ、燃料（オイル）の液質を光学的に検出するように構成されている。すなわち、液体センサ１０は、少なくとも一部分が燃料中に浸漬された状態で、燃料の液質を検出するように構成されている。

図１に示されるように、液体センサ１０は、液体センサ本体１００と、検出回路２００と、ケーブル３００とを含んでいる。液体センサ本体１００においては、筒状のプラグ１０２内に液質検出ユニット１０４が収容されている。詳細については後述するが、液質検出ユニット１０４においては、燃料に向けて光が発せられ、燃料を透過した光が受光される。液体センサ１０においては、燃料を透過した光の量に基づいて、燃料の液質が検出される。以下、液質検出ユニット１０４について詳細に説明する。

＜１－２．液質検出ユニットの構成＞
図２は、液質検出ユニット１０４の構成を模式的に示す図である。図２に示されるように、液質検出ユニット１０４は、光導波路１１０と、発光素子１２０と、受光素子１３０と、変換基板１４０とを含んでいる。

光導波路１１０は、光が透過する材料で構成されている。光導波路１１０は、例えば、ポリカーボネート等の透明な樹脂で構成されている。光導波路１１０は、第１柱部１１１と、第２柱部１１２と、接続部１１３とを含んでいる。

第１柱部１１１及び第２柱部１１２の各々の形状は、ストレートに延びる角柱状である。第１柱部１１１の長手方向に延びる側面と、第２柱部１１２の長手方向に延びる側面とは、互いに対向している。第１柱部１１１と第２柱部１１２との間には、空間Ｗ１が形成されている。接続部１１３は、第１柱部１１１と第２柱部１１２との間で延びる板状部である。第１柱部１１１と第２柱部１１２とは、接続部１１３によって接続されている。第１柱部１１１と第２柱部１１２とが接続部１１３によって接続されているため、第１柱部１１１と第２柱部１１２との相対的な位置関係がずれにくくなっている。

第１柱部１１１の長手方向の一方の端部には、第１端面Ｓ１が形成されている。第１端面Ｓ１は、発光素子１２０と対向している。第１柱部１１１の長手方向の他方の端部には、第２端面Ｓ２が形成されている。

また、第２柱部１１２の長手方向の一方の端部には、第３端面Ｓ３が形成されている。第３端面Ｓ３は、受光素子１３０と対向している。第２柱部１１２の長手方向の他方の端部には、第４端面Ｓ４が形成されている。

図３は、光導波路１１０の先端部を模式的に示す図である。図３を参照して、面Ｓ５は第１柱部１１１の第１端面Ｓ１（図２）と平行な仮想的な面であり、面Ｓ６は第２柱部１１２の第３端面Ｓ３（図２）と平行な仮想的な面である。第２端面Ｓ２は、面Ｓ５に対して角度Ａ１傾いている。すなわち、第２端面Ｓ２は、第１端面Ｓ１に対して角度Ａ１傾いている。また、第４端面Ｓ４は、面Ｓ６に対して角度Ａ２傾いている。すなわち、第４端面Ｓ４は、第３端面Ｓ３に対して角度Ａ２傾いている。角度Ａ１，Ａ２の各々は、略４５°である。

再び図２を参照して、発光素子１２０は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）又は半導体レーザで構成されている。発光素子１２０は、検出回路２００（図１）からの指示に従って発光するように構成されている。発光素子１２０は、変換基板１４０上に実装されている。検出回路２００は、例えば、一定の電圧を発光素子１２０に与えることで、一定の発光量で発光素子１２０を発光させる。検出回路２００は、必要なタイミングで発光素子１２０を発光させる。

受光素子１３０は、例えば、フォトトランジスタ、フォトダイオード又は光導電セルで構成されている。受光素子１３０は、発光素子１２０が発した光を光導波路１１０、及び、空間Ｗ１を介して受光するように構成されている。受光素子１３０は、変換基板１４０上に実装されている。

変換基板１４０は、受光素子１３０の出力を電圧に変換するように構成されている。変換基板１４０においては、受光素子１３０における受光量に応じた電圧が出力される。変換基板１４０の出力線、及び、発光素子１２０への入力線の各々は、ケーブル３００を介して検出回路２００に電気的に接続されている。

図４は、光導波路１１０内を透過する光の経路の一例を説明するための図である。図４を参照して、液体センサ１０の使用時に、液質検出ユニット１０４は、燃料中に浸漬される。液質検出ユニット１０４が燃料中に浸漬された状態では、空間Ｗ１に燃料が存在する。

発光素子１２０によって発された光は、例えば、第１端面Ｓ１に垂直に進入する。第１端面Ｓ１に進入した光は、第１柱部１１１内を透過し、第２端面Ｓ２において、第２柱部１１２に向かって反射する。第２端面Ｓ２において反射した光は、空間Ｗ１に存在する燃料中を透過し、第２柱部１１２に進入する。第２柱部１１２に進入した光は、第４端面Ｓ４において反射する。第４端面Ｓ４において反射した光は、第２柱部１１２内を透過し、第３端面Ｓ３に進入し、受光素子１３０によって受光される。

空間Ｗ１に存在する燃料の液質が良い（透明度が高い）場合には、受光素子１３０によって受光される光の強度が強い。一方、空間Ｗ１に存在する燃料の液質が悪い（透明度が低い）場合には、受光素子１３０によって受光される光の強度が弱い。検出回路２００は、受光素子１３０による受光量と燃料の液質との関係を予め記憶しており、受光素子１３０による受光量に基づいて燃料の液質を検出する。

本実施の形態１に従う液体センサ１０において、第１柱部１１１及び第２柱部１１２の各々は、ストレートに延びており、屈曲構造を有していない。したがって、第１柱部１１１及び第２柱部１１２の各々の内部を透過する光の漏れは、例えば、各柱部が屈曲構造を有している場合と比較して抑制される。したがって、液体センサ１０によれば、光導波路１１０外への光の漏れが比較的抑制されるため、液質等の液体の状態をより高精度に検出することができる。

＜１－３．検出動作＞
図５は、液体センサ１０における液質の検出手順を示すフローチャートである。図５を参照して、検出回路２００は、発光素子１２０を発光させる（ステップＳ１００）。受光素子１３０は光導波路１１０、及び、空間Ｗ１を透過した光を受光し、変換基板１４０は受光量に応じた電圧を検出回路２００に出力する（ステップＳ１１０）。検出回路２００は、受光量に応じた電圧に基づいて燃料の液質を検出する（ステップＳ１２０）。

＜１－４．特徴＞
以上のように、本実施の形態１に従う液体センサ１０においては、光導波路１１０が第１柱部１１１と第２柱部１１２とによって構成されている。第１柱部１１１及び第２柱部１１２の各々は直線状であり屈曲構造を有していないため、第１柱部１１１及び第２柱部１１２の各々の内部を透過する光の漏れは、光が透過する部分が屈曲構造を有している場合と比較して抑制される。したがって、液体センサ１０によれば、光導波路１１０外への光の漏れが比較的抑制されるため、液体の状態をより高精度に検出することができる。

また、液体センサ１０においては、第１柱部１１１と第２柱部１１２とが接続部１１３によって接続されている。したがって、第１柱部１１１と第２柱部１１２との相対的な位置関係が変化しない。その結果、液体センサ１０によれば、光導波路１１０外への光の漏れが比較的抑制されるため、液体の状態をより高精度に検出することができる。

［２．実施の形態２］
本実施の形態２に従う液体センサは、上記実施の形態１に従う液体センサ１０と比較して、光導波路の構成が異なる。以下、実施の形態１と異なる点について説明する。共通する部分については、説明を繰り返さない。

＜２－１．光導波路の構成＞
図６は、本実施の形態２に従う液体センサおける、光導波路１１０Ａの先端部を模式的に示す図である。図６に示されるように、第１柱部１１１Ａの長手方向の一方の端部に形成された第２端面Ｓ２Ａには反射部Ｍ１が形成されており、第２柱部１１２Ａの長手方向の一方の端部に形成された第４端面Ｓ４Ａには反射部Ｍ２が形成されている。

反射部Ｍ１，Ｍ２の各々は、光導波路１１０Ａを構成する材料（例えば、ポリカーボネート等の透明な樹脂）よりも反射率の高い材料で構成されている。反射部Ｍ１，Ｍ２の各々は、例えば、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属によって構成されている。反射部Ｍ１，Ｍ２は、例えば、第２端面Ｓ２Ａ及び第４端面Ｓ４Ａの各々に金属板を接着することによって形成されている。反射部Ｍ１，Ｍ２は、例えば、第２端面Ｓ２Ａ及び第４端面Ｓ４Ａの各々に金属を蒸着、めっき又は塗布することによって構成されてもよい。

＜２－２．特徴＞
以上のように、本実施の形態２に従う液体センサにおいては、第２端面Ｓ２Ａ及び第４端面Ｓ４Ａに反射部Ｍ１，Ｍ２がそれぞれ形成される。したがって、本実施の形態２に従う液体センサにおいては、発光素子１２０によって発せられた光が第２端面Ｓ２Ａ及び第４端面Ｓ４Ａに進入した場合に、第２端面Ｓ２Ａ及び第４端面Ｓ４Ａにおいて光が光導波路１１０Ａ外にほとんど漏れない。その結果、本実施の形態２に従う液体センサによれば、光導波路１１０Ａ外への光の漏れが比較的抑制されるため、液体の状態をより高精度に検出することができる。

［３．変形例］
以上、実施の形態１，２について説明したが、本発明は、上記実施の形態１，２に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。以下、変形例について説明する。

＜３－１＞
上記実施の形態１，２においては、第１柱部１１１，１１１Ａ及び第２柱部１１２，１１２Ａの各々はストレートな角柱状であった。しかしながら、第１柱部１１１，１１１Ａ及び第２柱部１１２，１１２Ａの各々の形状はこれに限定されない。例えば、第１柱部１１１，１１１Ａ及び第２柱部１１２，１１２Ａの各々において、光の進行方向に垂直な方向に切り欠かれた切欠きが形成されていてもよい。

図７は、変形例における、液質検出ユニット１０４Ｂの構成の一例を模式的に示す図である。図７に示されるように、液質検出ユニット１０４Ｂにおいては、第１柱部１１１Ｂ及び第２柱部１１２Ｂの各々において、光の進行方向に垂直な方向に切り欠かれた複数の切欠きＣ１が形成されている。換言すると、第１柱部１１１Ｂ及び第２柱部１１２Ｂの各々において、光の進行方向に垂直な方向に凹んだ複数の凹部が形成されている。

変形例における液体センサの使用時に、液質検出ユニット１０４Ｂは燃料中に浸漬される。この場合に、空間Ｗ１及び各切欠きＣ１に燃料が存在する。この液体センサにおいては、発光素子１２０が発した光が空間Ｗ１及び各切欠きＣ１に位置する液体を透過する。したがって、この液体センサによれば、光がより多くの液体中を透過し、受光素子１３０によって受光される光の量に液体の状態をより正確に反映させることができるため、液体の状態をより高精度に検出することができる。

＜３－２＞
上記実施の形態１，２においては、第１柱部１１１，１１１Ａと第２柱部１１２，１１２Ａとが接続部１１３によって接続されていた。しかしながら、第１柱部１１１，１１１Ａと第２柱部１１２，１１２Ａとは、必ずしも接続部１１３によって接続されていなくてもよい。第１柱部１１１，１１１Ａと第２柱部１１２，１１２Ａとは、それぞれ独立した部材であってもよい。

＜３－３＞
上記実施の形態１，２において、第２端面Ｓ２，Ｓ２Ａは、第１端面Ｓ１に対して角度Ａ１傾いており、第４端面Ｓ４，Ｓ４Ａは、第３端面Ｓ３に対して角度Ａ２傾いていた。そして、角度Ａ１，Ａ２の各々は、略４５°であった。しかしながら、角度Ａ１，Ａ２の各々は、必ずしも略４５°である必要はない。第２端面Ｓ２，Ｓ２Ａが第２柱部１１２，１１２Ａに光を反射させ、第４端面Ｓ４，Ｓ４Ａが第２端面Ｓ２，Ｓ２Ａで反射した光を受光素子１３０に向けて反射させるという関係が成り立つ限り、角度Ａ１，Ａ２の各々はどのような角度であってもよい。

＜３－４＞
上記実施の形態１，２において、例えば、第１柱部１１１，１１１Ａと第２柱部１１２，１１２Ａとの間に板状の液位センサが配置されてもよい。例えば、この液位センサにおいては、孔が形成されており、孔において対向する位置に２つの電極が形成されている。例えば、この２つの電極間に電圧を印加することによって検出される静電容量の変化に基づいて、燃料の残量が検出される。

＜３－５＞
上記実施の形態１，２においては、液体センサ１０等がオイルタンク内に取り付けられ、燃料の液質が検出された。しかしながら、液体センサ１０等が検出する液質は、燃料の液質に限られない。液体センサ１０等は、例えば、動作時に振動を伴なうタンク内に取り付けられ、水、各種水溶液（例えば、酸性水溶液、アルカリ性水溶液）、アルコール類、溶剤類、オイル（例えば、振動が発生する機器の作動オイル又は潤滑オイル）等の液質を検出してもよい。すなわち、液体センサ１０等は、少なくとも一部分が液体中に浸漬された状態で、液体の液質を検出すればよい。

＜３－６＞
上記実施の形態１，２においては、第１柱部１１１，１１１Ａ及び第２柱部１１２，１１２Ａの各々の形状は、ストレートに延びる角柱状であった。しかしながら、第１柱部１１１，１１１Ａ及び第２柱部１１２，１１２Ａの各々の形状は、必ずしもそのような形状でなくてもよい。第１柱部１１１，１１１Ａ及び第２柱部１１２，１１２Ａの各々の形状は、例えば、ストレートに延びる円柱状であってもよい。

＜３－７＞
上記実施の形態２においては、第２端面Ｓ２Ａ及び第４端面Ｓ４Ａの両方に反射部（Ｍ１，Ｍ２）が設けられた。しかしながら、必ずしも第２端面Ｓ２Ａ及び第４端面Ｓ４Ａの両方に反射部が設けられてなくてもよい。例えば、第２端面Ｓ２Ａ及び第４端面Ｓ４Ａの一方にだけ反射部が設けられてもよい。

１０ 液体センサ、１００ 液体センサ本体、１０２ プラグ、１０４，１０４Ｂ 液質検出ユニット、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ 光導波路、１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ 第１柱部、１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ 第２柱部、１１３ 接続部、１２０ 発光素子、１３０ 受光素子、１４０ 変換基板、２００ 検出回路、３００ ケーブル、Ａ１，Ａ２ 角度、Ｃ１ 切欠き、Ｍ１，Ｍ２ 反射部、Ｓ１ 第１端面、Ｓ２，Ｓ２Ａ 第２端面、Ｓ３ 第３端面、Ｓ４，Ｓ４Ａ 第４端面、Ｓ５，Ｓ６ 面、Ｗ１ 空間。

Claims (5)

1. 液体の状態を検出するように構成された液体センサであって、
   発光素子と、
   光導波路と、
   前記光導波路を介して前記発光素子が発した光を受光するように構成された受光素子と、
   前記受光素子の出力を検出するように構成された検出回路とを備え、
   前記光導波路は、
   ストレートに延びる第１柱部と、
   前記第１柱部に対向する位置に設けられ、ストレートに延びる第２柱部とを含み、
   前記第１柱部と前記第２柱部との間には、前記液体が位置する空間が形成されており、
   前記第１柱部は、前記発光素子と対向する第１端面と、前記第１端面に対して傾いており、前記第２柱部に向けて前記光を反射させる第２端面とを含み、
   前記第２柱部は、前記受光素子と対向する第３端面と、前記第３端面に対して傾いており、前記第２端面において反射した前記光を前記受光素子に向けて反射させる第４端面とを含む、液体センサ。
2. 前記光導波路は、前記第１柱部と前記第２柱部とを接続する接続部をさらに含む、請求項１に記載の液体センサ。
3. 前記第２端面が前記第１端面に対して傾いている角度は略４５度であり、
   前記第４端面が前記第３端面に対して傾いている角度は略４５度である、請求項１又は請求項２に記載の液体センサ。
4. 前記第２端面及び前記第４端面の少なくとも一方には、前記光導波路を構成する材料よりも反射率の高い材料で構成された反射部が形成されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液体センサ。
5. 前記第１柱部及び前記第２柱部の少なくとも一方には、前記液体が位置する切欠きが形成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液体センサ。

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