JP3052909B2

JP3052909B2 - 光学式センサ

Info

Publication number: JP3052909B2
Application number: JP9249928A
Authority: JP
Inventors: 道俊岡田; 仁志大庭; 新中村
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2000-06-19
Anticipated expiration: 2017-08-29
Also published as: JPH1172368A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、検出対象物を検
出する光学式センサに関し、特に、液面レベル計やフロ
ート形面積流量計などの透明体内を移動する検出対象物
によって物理量を計測するために用いられる光学式セン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、この種の光学式センサとし
て、液面レベル計やフロート形面積流量計が知られてい
る。液面レベル計は、図１１のようなもので、不透明金
属タンク４０の中にどれだけの液体が入っているかの測
定は次のように行なっていた。それは、金属タンク４０
内とつながる透明測定管４１の液面に浮子（フロート）
３１を浮かべ、液面の移動に伴って浮子３１の位置が変
化するようにして、その浮子３１の位置を人間が目視す
ることにより、または透明測定管４１に取り付けた反射
形光学式センサ５０により、浮子３１の位置を検出する
ことにより、液面レベルを測定していた。

【０００３】いっぽう、フロート形面積流量計は、実開
平３−３３３２４号公報に記載されたものが既に知られ
ている。そのフロート形面積流量計の斜視図を図１２
に、断面図を図１３にそれぞれ示す。そしてこの流量計
の原理を２つの図を参照しながら以下に簡単に説明す
る。流体を透明な測定管３０に配管継手３２、３３で導
き、その流体を測定管３０の下端から上端に向けて流
す。測定管３０内にあるフロート３１は、流体の流れの
勢いに押されて、上へ押し上げられる。フロート３１
は、流体で押し上げられる力と重力とがつりあった位置
（測定管３０内のある高さ）で、安定してほぼ動かなく
なる。そして、流量の大きさによって、フロート３１が
安定する位置が上下するために、測定管３０の内径にテ
ーパをつけ、下端から上端へいくほど内径をだんだんと
大きくしている。これは、流体によるフロート３１を押
し上げる力は、測定管３０の断面積の大きさと流体の流
量とに関係していることを利用している。つまり、同じ
力を生じさせるには、断面積が小さくなれば流量は少し
で良いし、断面積が大きければ流量は多く必要となる。
これにより、フロート３１が断面積の小さい測定管３０
の下端付近で安定して動かなくなっているときは、流体
の流量は少なく、フロート３１が断面積が大きくなる測
定管３０の上端へ近づくほど、流体の流量が多いという
ことがわかる。そして、予め測定管３０に目盛りをつけ
ておき、人間がフロート３１の位置を目視して、測定管
３０に付けられた目盛りを読むことで流体の流量を測定
できるようしている。また、フロート３１の位置を検出
するための光学式センサ５０が筐体３５に内蔵されてい
る。ここでの光学式センサ５０は、フロート３１の移動
方向に並べられた複数個の発光素子１と測定管３０の上
端に配置された受光素子２を備えている。そして、フロ
ート３１の外側面の上部をテーパ面とし、その部分にミ
ラー３１ａを取り付け、ミラー３１ａは相対するところ
にある発光素子１からの照射光を反射して受光素子２に
入射させるしくみとしている。フロート３１の位置検出
の方法は、複数個の発光素子１を上端から下端に向かっ
て順次発光させる。そしてフロート３１の前にある発光
素子１からの照射光のみが受光素子２に入射することに
なるから、受光素子２が受光した光が何番目の発光素子
１からの照射光なのかが分かればフロート３１の位置
（高さ）が分かる、というものである。他の検出方法の
例として、発光素子１を測定管３０上端に配置し、測定
管３０に平行に受光素子２を列状に並べて、どの位置の
受光素子２が発光素子１の照射光を受光したかによる検
出でもよい。このようにフロート３１の位置を検出する
ことで、流量の測定結果を光学式センサ５０からの電気
信号として得られるので、遠隔して流量制御をすること
が可能になる。

【０００４】ところで、上述の液面レベル計や流量計な
どの物理量計測に用いられる光学式センサ５０において
は、外乱光や外来光の影響を受けてしまうと、検出対象
物であるフロート３１の正確な検出ができなくなる。そ
の理由は、フロート３１が透明な測定管３０の中に存在
するので、外乱光が透明体内に進入してしまうと、受光
素子では発光素子からの照射光なのか外乱光なのか区別
できなくなるからである。このような背景から、光学式
センサ５０においては外乱光対策をする必要があった。
対策のひとつとして、例えば前述の流量計のように、測
定管３０を目隠しするために遮光カバー３６を取り付け
ていた。この遮光カバー３６は着脱自在となっていて、
測定管３０を人間が目視するときには遮光カバー３６を
取り外し、光学式センサ５０からの電気信号を得るだけ
で目視しない時には遮光カバー３６を取り付けるように
されていた。また、他の外乱光対策として、受光素子２
の周りに遮光フード３７を設けたり、センサ処理回路５
１により、商用周波数から離れた周波数の変調光を発光
素子１から発光させたり、受光素子２の受光信号からバ
ンドパスフィルタを介して発光素子１の発光周波数に相
当する受光信号のみを抽出するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の液面レベル計ま
たは流量計に用いられる光学式センサ５０には、外乱光
対策のための遮光カバー３６が取り付けられていたが、
この遮光カバー３６が目隠しとなって、人間が測定管３
０を目視することができなくなる不都合があった。遮光
カバー３６は着脱自在であったが、目視するためには遮
光カバー３６をいちいち取り外す手間が面倒であった
り、さらに、とっさに目視したいときや測定管３０から
離れた場所に人間がいるときには、遮光カバー３６を取
り外すことができない場合があるなどの不都合があっ
た。また、他の外乱光対策として、センサ処理回路５１
で、発光をパルス変調発光としたり、受光信号をバンド
パスフィルタ回路を介して抽出するようにして商用周波
数の蛍光灯などの外乱光に対して対処していた。しか
し、隣接して同種のセンサ（図示せず）が設けられてい
る場合などにおこる、他センサからの光の干渉や、迷光
に対しては充分な対処ができていなかった。

【０００６】そこで、この発明は、上記事情に着目して
なされたものであり、その目的は、検出対象物を人間が
常に目視できるという利便性をもったまま、簡単な構成
により、確実な外乱光対策を実現した光学式センサを提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる発明
は、箱体内に発光部と受光部が備わって、箱体内の検出
対象物を検出する光学式センサにおいて、発光部の光は
透過しなくて、可視波長の一部の波長の光は透過する第
１のフィルタを介して、箱体の外から箱体内の検出対象
物が見えるようにしている。これにより、検出対象物を
見るための光は、第のフィルタを透過するので人間の目
で第１のフィルタの向こうにある検出対象物を常に目視
し得る。また、箱体の外から来る発光部の光と同じ波長
の光は、第１のフィルタ４で完全に遮光され、箱体の中
に入り込むことがなく、受光部に到達することもないの
で、発光部の光と同じ波長の外乱光が受光部に影響を及
ぼすことがなくなる。さらに、受光部の前面に設けた第
２のフィルタに、発光部の光の一部は透過し、第１のフ
ィルタを透過する光のうち受光部で受光感度を有する光
は透過しないような機能を持たせることで、第１のフィ
ルタを透過した光は、第２のフィルタで遮光されるので
受光部へは到達しなくなり、第１のフィルタを透過した
光が受光部に影響を及ぼすことがなくなる。

【０００８】請求項２にかかる発明は、窓を持つ箱体内
に発光部と受光部と透明な測定管とが備わって、箱体内
の測定管の中のフロートなどの検出対象物の位置を検出
する光学式センサにおいて、発光部の光は透過しなく
て、可視波長の一部の波長の光は透過する第１のフィル
タを介して、箱体の窓から測定管内の検出対象物の位置
が見えるようにしている。これにより、検出対象物を見
るための光は、第１のフィルタを透過するので人間の目
で第１のフィルタの向こうにある測定管の検出対象物の
位置を常に目視し得る。また、箱体の外から来る発光部
の光と同じ波長の光は、第１のフィルタ４で完全に遮光
され、箱体の窓から入り込むことがなく、受光部に到達
することもないので、発光部の光と同じ波長の外乱光が
受光部に影響を及ぼすことがなくなる。さらに、受光部
の前面に設けた第２のフィルタに、発光部の光の一部は
透過し、第１のフィルタを透過する光のうち受光部で受
光感度を有する光は透過しないような機能を持たせるこ
とで、第１のフィルタを透過した光は、第２のフィルタ
で遮光されるので受光部へは到達しなくなり、第１のフ
ィルタを透過した光が受光部に影響を及ぼすことがなく
なる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を具
体例に基づいて説明する。（第１の実施形態）図１は、この発明にかかる光学式セ
ンサの要部を展開したときの図である。まず、全体的な
説明をすると、５０は光学式センサであり、発光部とし
ての発光素子１と受光部としての受光素子２とフィルタ
３とがケース１０に収まって構成され、筐体３５に取り
付けられている。筐体３５には測定管窓３８を介して見
えている測定管３０があり、その測定管３０のなかには
検出対象物であるフロート３１が存在している。なお、
フィルタ４は、筐体３５の測定管窓３８に着脱自在に取
り付けられ、光学式センサ５０の構成要素のひとつとな
っている。

【００１０】次に、各構成要素について説明する。発光
素子１は、所定帯域の光を発するもので、例えば赤色Ｌ
ＥＤや赤外光ＬＥＤなどある程度狭い波長帯域の光を発
する発光素子である。

【００１１】そして図１のように、透明体である測定管
３０の全体をほぼ均一に照射するように、測定管３０に
向かってアレイ状に複数個（図では６個）並べられてい
る。この発光素子１の並び方向は測定管３０とほぼ平行
した方向である。

【００１２】受光素子２としては、１次元イメージセン
サや受光素子アレイや位置検出素子など、受光位置を検
出できるものを用いる。ここでの説明は、例としてＣＣ
Ｄイメージセンサ（以下，ＣＣＤという）を用いたとす
る。ＣＣＤ２上には細長いＣＣＤ受光チップ２ａが形成
され、測定管３０とほぼ平行になるように配置されてい
る。そして、発光素子１から出射された光のうち、フロ
ート３１で反射した光を受光し、フロート３１の位置に
よってＣＣＤ２の受光分布が変化する。これは、フロー
ト３１が存在しない相対位置のＣＣＤ２には、発光素子
１からの光の反射光がほとんど帰らないので受光量が少
なく、逆にフロート３１が存在する相対位置のＣＣＤ２
にはたくさん光が帰ってくることで、ＣＣＤ２上に受光
分布が形成される。よって、ＣＣＤ２の受光分布からフ
ロート３１の位置がわかることで、流体の流量や液面レ
ベルなどの物理量を検出することができる。なお、ＣＣ
Ｄは一般に可視光から赤外光にわたって受光感度特性を
もっており、可視光でも赤外光でも受光信号が得られ
る。ここでのＣＣＤ２も同様の受光感度特性を持ってい
る。

【００１３】フィルタ３は、受光部であるＣＣＤ２の前
面に配置されている。このフィルタ３は、発光素子１が
発する光を透過し、それ以外の波長の光は透過しない機
能（正確には、発光素子１の光の一部は透過し、後述す
るフィルタ４を透過する光のうち受光素子であるＣＣＤ
２の受光感度を有する光は透過しない機能）を持ってい
る。このフィルタ３により、ＣＣＤ２は発光素子１が照
射した照射光のみを受光し、発光素子１が出射する光以
外のノイズ光は受光しないようにしている。つまり、Ｃ
ＣＤ２へ到達する光は、発光素子１から出射されてフロ
ート３１で反射した反射光のみということになる。

【００１４】ケース１０は、光学式センサ５０のケース
であり、上述の発光素子１、ＣＣＤ２およびフィルタ３
を収納している。また、ケース１０には、センサ処理回
路（図１では図示せず）が収納されている。このセンサ
処理回路で、ＣＣＤ２からの受光信号を処理してフロー
ト３１の位置を検出する。検出されたフロート３１の位
置信号に基づいた検出信号は、アナログ出力信号として
ケーブル１０ａを介して外部に出力される。

【００１５】筐体３５は、不透明な遮光材料からできた
ものであり、測定管３０が収納されるとともに光学式セ
ンサ５０が取り付けられている。筐体３５は、検出対象
物が外から見えるような構造になっている。この例で
は、測定管３１の全体が見えるように測定管窓３８を設
けている。測定管３０は透明なので、なかに存在するフ
ロート３１も測定管窓３８から見えている。

【００１６】フィルタ４は、透明体内の検出対象物（測
定管３０内のフロート３１）の前面に配置されるもの
で、図示のように、筐体３５の測定管窓３８に着脱可能
に取り付けられる。このフィルタ４は、発光素子１が出
射した光は透過しなくて、可視波長の一部の波長の光は
透過する機能を持つ。このフィルタ４は可視光を透過す
るので、測定管窓３８に取り付けられた該フィルタ４を
介して筐体３５の外部から測定管３０やフロート３１を
人間が目視することができる。なお、外乱光に含まれた
発光素子１と同じ波長の光は、フィルタ４で遮断される
ので光学式センサ５０内には進入しない。また、このフ
ィルタ４により、発光素子１から照射した照射光が、光
学式センサ５０（筐体３５）から外へ出て行くことはな
い。

【００１７】図２は、この発明の原理を説明するもので
ある。この図２では、図１で説明した構成と同一の構成
には同一の符号を付しているが、各構成をさらに概念的
に書いてある。以下、この図２を用いて、前述の２枚の
フィルタ３、４によって、発光部からの照射光や外乱光
がどうなるかを説明する。なお、検出対象物を光学式セ
ンサ５０で検出するのにかかわる部分を「測定系６０」
として、内外部を区別する（この測定系６０の内側が、
請求項の「箱体内」に相当する）。

【００１８】図２中の光線アは、発光素子１から出射さ
れた照射光のうち、検出対象物であるフロート３１で反
射した光である。フィルタ３は、発光素子１が出射した
光の波長を透過するので、照射光のうちフロート３１で
の反射光はＣＣＤ２へ到達する。

【００１９】光線イは、発光素子１から出射された照射
光のうち、フロート３１に当たらなかった光である。こ
の光は透明である測定管３０を透過するが、フィルタ４
は透過しないので、光学式センサ５０を含む測定系６０
から出ることはない。よって、当該センサの発光素子１
の出射した光が、当該センサと隣接して設けられた同種
のセンサのＣＣＤ（図示せず）へ到達してしまうという
悪影響を防止できる。

【００２０】光線ウは、測定管３０のフロート３１を目
視するのに必要な可視光（ただし発光素子１の光の波長
以外の光）である。ここでの可視光は、太陽光や蛍光灯
の光などいわゆる自然光に含まれた可視光と考えてよ
い。この可視光線ウは、測定系６０の外部からフィルタ
４を透過して測定系６０に入り込み、測定管３０やフロ
ート３１を照らす。フィルタ４は可視光を透過するの
で、当然ながら人間の目でフィルタ４の向こうにある測
定管３０のどの位置にフロート３１があるかを目視でき
る。

【００２１】光線エは、光線ウと同じ外来からの可視光
（ただし発光素子１の光の波長以外の光）である。前述
のように可視光線エは、フィルタ４を透過するが、フィ
ルタ３で遮光されるのでＣＣＤ２へは到達しない。ＣＣ
Ｄ２は可視光にも受光特性をもっているが、フィルタ４
により可視光による悪影響を防止できる。

【００２２】光線オは、測定系６０の外からやってくる
発光素子１の光と同じ波長の光である。この光線オは、
自然光に含まれた発光素子１の光と同じ波長の光や、隣
接した同種のセンサの発光素子から出射された光であ
る。この光線オは、フィルタ４で完全に遮光されるの
で、測定系６０の中に入り込むことがなく、ＣＣＤ２に
到達することもない。よって、外来の発光素子１の光と
同じ波長の光がＣＣＤ２に影響を及ぼすことはない。

【００２３】以上説明したように、第１の実施形態で
は、フィルタ３をＣＣＤ２の前面に配置するとともに、
フィルタ４を測定管窓３８に設けることにより、ＣＣＤ
２に到達する光が、発光素子１から出射されてフロート
３１で反射した光のみとなるので、外乱光や外来光など
の影響を受けることがなく、検出対象物であるフロート
３１を安定して検出できるという効果が得られる。ま
た、測定管３０とフロート３１とは，フィルタ４を介し
て目視できるので、人間の目視によって物理用を測定す
ることができるという効果が得られる。さらに、フィル
タ４によって、発光素子１から出射する光が光学式セン
サから外部に出て行かないので、隣接する他のセンサに
影響を及ぼすことがないという効果が得られる。

【００２４】なお、この第１の実施形態を液面レベル計
に適用する場合は、図１１の透明測定管４１を図１測定
管３０とすればよいし、流量計に適用する場合は図１２
の測定管３０を図１の測定管３０とすればよい。また、
測定系６０と説明した部分をひとつの箱体６０として構
成してもよい。（第２の実施形態）次に、第１の実施形態の図１の構成
はそのまま同じで、発光素子１として赤外光を発する素
子を用いた実施形態を説明する。

【００２５】図３は、第２の実施形態で用いられている
発光素子１の波長−光強度特性（実線）と、フィルタ３
の波長−透過率特性（破線）、およびフィルタ４の波長
−透過率特性（２点破線）を示す図である。図示のよう
に、発光素子１は約８５０ｎｍ付近をピークとする波長
帯域の赤外光を出射する特性を持っている。

【００２６】フィルタ３は、赤外光フィルタ（ＩＲフィ
ルタという）であって、８００ｎｍ以上の波長の透過率
はほぼ１００％で、６５０ｎｍ以下の波長の透過率はほ
ぼ０％という特性をもつ。つまり、ＩＲフィルタ３は、
発光素子１が発する赤外光の波長帯域の光は透過し、そ
れ以外の波長帯域の可視光（正確には，ＩＲカットフィ
ルタ４を透過する光のうちＣＣＤ２で受光感度を有する
光）は遮断する。このＩＲフィルタ３によって、ＣＣＤ
２自体は可視光に対して受光感度を有しているが、フロ
ート３１を検出するときの可視光によるＣＣＤ２への悪
影響をなくすことができる。なお、ＩＲフィルタ３は、
人間の目には不透明であって、若干に赤味を帯びてほと
んど黒に近い色に見える。

【００２７】フィルタ４は、赤外光カットフィルタ（Ｉ
Ｒカットフィルタ）、別の言い方をすれば可視光フィル
タであって、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長の光を透過
し、８００ｎｍ以上の波長の光は透過率ほぼ０％という
特性を持つ。つまり、このＩＲカットフィルタ４は、発
光素子１が発する赤外光の波長帯域の光は遮断し、可視
光波長帯域は透過する機能を持っている。なお、ＩＲカ
ットフィルタ４は、可視光波長が透過するので人間の目
にはほぼ透明にみえる。

【００２８】よって、図２で説明した原理と同じ原理が
実現でき、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

【００２９】なお、７００ｎｍ付近の光のうち、少しは
フィルタ４を透過するのでＣＣＤ２に届くが、その光は
フィルタ３での減衰されるので、発光素子１の照射光の
フロート３１での反射光に比べて弱く、検出には問題な
い。

【００３０】（第３の実施形態）この第３の実施形態
は、第２の実施形態における発光素子１、ＩＲフィルタ
３、ＩＲカットフィルタ４をそれぞれ変更したものであ
る（その他の構成は第１の実施形態の図１と同じである
ので、重複説明は省略する）。変更部分は、第１に発光
素子を可視光源（赤色ＬＥＤ）としたこと、第２に２枚
のフィルタ３、４の波長特性を発光素子の波長帯域に合
わしたことである。

【００３１】図４の実線は、発光素子１の出射光波長帯
域であり、約６７０ｎｍ当たりにピークを持っている。
人間の目には赤色にみえる可視光源である。フィルタ４
を取り外すことで、発光素子１の光を可視光とすること
で、複数個並べられた発光素子１が全部正常に投光して
いるかを人間が目視で確認することができるし、また、
測定管３０に光が当たっているかも人間が目視で確認で
きる。

【００３２】図４の点線は、ＣＣＤ２の前面に配置され
るフィルタ３の特性である。図示のように発光素子１の
光の波長帯域は透過し、それ以外の波長帯域の光（正確
には、フィルタ４を透過してくる光のうちＣＣＤ２が受
光感度を有する光）は透過しないを遮断する機能を持っ
ている。具体的には赤色フィルタである。

【００３３】図４の２点鎖線は、筐体３５の測定管窓３
８に取り付けられるフィルタ４の特性である。図示のよ
うに発光素子１が出射する光は遮断し、発光素子の光の
波長以外の可視光波長のほとんどは透過する特性を持っ
ている。具体的には赤色カットフィルタである。

【００３４】このように、発光素子１、フィルタ３、フ
ィルタ４の特性を図４のようにすることでも、図２で説
明した原理を実現できる。よって、第１、第２の実施形
態と同じ効果が得られるうえ、発光素子１の光が可視光
なので、発光状態の確認が人間の目でできる効果も得ら
れる。

【００３５】なお、この第３の実施形態の場合、フロー
ト３１や測定管の目盛りの色は、フィルタ４を通してみ
える色を選択する必要がある。つまり、赤色にするとみ
えないので、赤以外の色にすべきである。（第４の実施形態）次に、図５から図７を用いて、この
発明の光学式センサを、流量計に適用した実施形態につ
いて説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能を持つ
構成には同じ符号が付けてある。なお、この第４の実施
形態の発光素子１と２つのフィルタ３、４としては、図
３、図４のどちらの特性でもよいが、ここでは図３のよ
うな特性を持たせてある。

【００３６】図５は、全体の外観側面図である。筐体３
５には、光学式センサ５０とフィルタ４とが取り付けら
れているとともに、配管継手３２、３３が固定され、さ
らに、筐体３５の内部にフロート３１が内在する測定管
３０が固定されている（図では一部断面を示しているの
で測定管３０がみえている）。フロート３１は、耐薬品
材料で形成されている。これは流体が強酸性、強アルカ
リ性であっても腐食されないようにするためである。ま
た、光学式センサが反射形検出タイプなら光が拡散反射
しやすい材料を選ぶのが良い。例えばフッ素樹脂ででき
たフロート３１を用いれば、表面は白色で光沢性を持つ
ことになり、光が拡散反射するので好都合である。３４
は流量調整バルブであり、人間がフロート３１の位置を
見ながらコック３４ａを回して、配管継手３３と測定管
３０との間の流体通路口を開け閉めし、流量を調整でき
るようになっている。なお、この第４の実施形態での図
２の測定系６０に相当する範囲は、筐体３５とケース１
０とフィルタ４で囲まれた範囲である。

【００３７】図６は、斜視展開図である。光学式センサ
５０のカバー１１は、ねじ２４によって筐体３５に取り
付けられ、ケース１０は、嵌合穴１０ａをカバー１１の
突起１１ａに嵌め込むことにより取り付けられる。ＩＲ
フィルタ３とロッドレンズアレイ５とは、光学ホルダ１
５と光学ホルダ蓋１６とで挟まれて保持される。光学ホ
ルダ１５には３枚の基板１２〜１４が取り付けられる。
ＣＣＤ２が実装された基板１２は、ねじ２０により光学
ホルダ１５に取り付けられ、発光素子１を保持した素子
ホルダ６および出力用コネクタ２２が実装された基板１
３は、ねじ１８によって光学ホルダ１５に取り付けられ
る。センサ処理回路であるＣＰＵ５２と調整信号用コネ
クタと動作表示灯２３とが実装された基板１４は、ねじ
１９により光学ホルダ１５に取り付けられる。なお、動
作表示灯２３は、光学式センサ５０に電源が投入されて
いる旨を表示する表示灯であって、出射する光は緑色の
波長である。この緑色の光は、発光素子１の照射光とは
違う波長の光であり、ＩＲフィルタにより遮断されるの
でＣＣＤ２に達することはなく、フロート３１検出にと
って影響を及ぼさない。また、表示灯２３からの緑色の
光は、ＩＲカットフィルタを透過するので筐体３５の外
から目視できる。１７は透明フィルムであって、カバー
１１の窓１１ｂに取り付けられる。これは光学式センサ
５０内部に埃やゴミなどが入らないようにするためのも
のである。

【００３８】なお、この透明フィルム１７には波長フィ
ルタ特性の機能は持たせていない。２５はシールドフィ
ルムであり、ＣＣＤ２を含む３枚の基板上の電子回路部
分をシールドするために設けられている。

【００３９】図７に図５のＡ−Ａ断面を示した。ここで
図６と同一の構成には同一符号を付けて、重複した説明
は省略する。図７に示されたように、発光素子１の光軸
は、測定管３０内のフロートに向けられており、発光素
子１の出射広がり角により測定管３０全体に赤外光が照
らされるようになっている。ロッドレンズアレイ５の倍
率は１倍であり、測定管３０のフロート面位置３０ａと
ＣＣＤの受光チップ面２ａとの両方に焦点が合うように
配置されている。つまり測定管３０のフロート面位置３
０ａの像がロッドレンズアレイ５によりＣＣＤ２の受光
チップ２ａに結像される。

【００４０】図８は、図７のＢ−Ｂ断面である。図示の
ように発光素子６が並べられているとともに、ロッドレ
ンズアレイ５が臨んでいる。ロッドレンズアレイ５の奥
にはＩＲフィルタ３を介してＣＣＤ２の受光チップ２ａ
が存在する。

【００４１】次に、実際の流量測定について説明する。
図９は、フロート３１の位置とＣＣＤ２の受光分布との
関係を示したものである。フロート３１は流体によって
重力に逆らって押し上げれている。発光素子１から出射
された赤外光がフロート３１の表面で反射し、その反射
光がＣＣＤで受光される。図９のグラフの縦軸は、ＣＣ
Ｄ２のビット番地である。ここでは、ＣＣＤ２の下端の
受光ビットを１番地とし、上端の受光ビットを１０２４
番地とする。横軸は受光量であり、左から右に行くほど
受光量が強いことを表わす。グラフ中の実線で表すよう
な受光分布曲線がＣＣＤ２より得られたとすると、この
受光分布は電気信号としてセンサ処理回路５２に与えら
れ、センサ処理回路５２内にて所定のしきい値により２
値化され、フロート３１からの反射光が当たっているＣ
ＣＤ２のビット番地の最大値（ＣＣＤの最上位置）を求
める。この例ではＣＣＤの７２０ビット番地が最大値だ
ということになる。センサ処理回路５２では、ＣＣＤの
ビット位置と流量との関係テーブルが予め記憶されてい
て、そのテーブルを用いて７２０ビット番地のときの流
量を求める。求められた流量は出力用コネクタからアナ
ログ信号として出力される。なお、ＣＣＤのビット位置
と流量との関係テーブルは、調整信号コネクタ２１から
コンソール（図示せず）などを用いて、予めセンサ処理
回路のＲＡＭに記憶させる。

【００４２】なお、ＩＲフィルタ３をロッドレンズアレ
イ５とＣＣＤ２との間に配置したが、ロッドレンズアレ
イ５の前面に配置してもよい。また、ＩＲフィルタ３を
無くし、替わりに透明フィルム１７にＩＲフィルタ機能
を持たせてもよい。要するに、検出対象物（フロート３
１）と受光部（ＣＣＤ２）との間に、発光部（発光素子
１）の光の一部は透過し、フィルタ４を透過する光のう
ち受光部（ＣＣＤ２）で受光感度を有する光は透過しな
い機能を持ったフィルタを配置すればよい。

【００４３】また、第１の実施形態と同様に、この第４
の実施形態の測定管３０を、図１１の透明測定管４１に
相当するようにすることで液面レベル計への適用が可能
である。

【００４４】この第４の実施形態も、図２で説明した原
理をもつので、第１の実施形態で述べた効果と同様の効
果を得ることができる。（第５の実施形態）図１０は、この発明をフロート形面
積流量計に適用した別の実施形態を説明した図である。
筐体３５には、光学式センサを構成する発光素子１と受
光素子２が設けられるとともに、測定管３０と配管継手
３２、３３が取り付けられている。そして筐体３５の前
面には、筐体カバー７が取り付けられる。筐体カバー７
自体は透明である（フィルタ機能を持たない）が、フィ
ルタ４が貼られている。フィルタ４は、発光素子１の光
は透過しなくて、可視波長の一部の波長の光は透過する
機能を持っていて、筐体３５の外から測定管３０とフロ
ート３１が目視できるようにしているとともに、発光素
子１の波長の光が外部から筐体３５内に進入しないよう
にしている。受光素子２の前面にはフィルタ３が設けら
れている。このフィルタ３は、発光素子の光の一部は透
過し、第１のフィルタを透過する光のうち受光素子で受
光感度を有する光は透過しない機能を持っている。

【００４５】実際の流量は、次のように検出される。配
管継手３２から透明な測定管３０を通って配管継手３３
に流体が流れており、測定管３０内のフロート３１が流
体に押されて重力に逆らって移動する。そして、アレイ
状に並べられた発光素子１を順次発光してゆき、受光素
子２がフロート３１の上面テーパに設けられたミラー３
１ａで反射した光を受光するようにし、受光素子２が受
光したときにどの発光素子が発光していたかを知ること
で、フロート３１の位置を検出する。なお、発光素子１
と受光素子２とを入れ替えてもよい。このときは、発光
素子１を測定管３０上端に配置し、測定管３０に平行に
受光素子２を列状に並べて、どの位置の受光素子２が発
光素子１の照射光を受光したかによってフロート３１の
位置を知ることとなる。

【００４６】この第５の実施形態も、図２で説明した原
理をもつので、第１の実施形態で述べた効果と同様の効
果を得ることができる。

【００４７】なお、この第５の実施形態における測定系
に相当するのは、筐体３５とフィルタ４で囲まれた範囲
である。こう言えるのは、検出対象物（測定管３０のフ
ロート３１）は筐体３５と筐体カバー３６のフィルタ４
とで取り囲まれていて、筐体３５自体が光学式センサの
発光部、受光部などを収納しているからである。

【００４８】また、第１〜第５の実施形態で、「受光部
（受光素子２またはＣＣＤ２）で受光感度を有する光」
と表現した光の波長帯域は、受光部からの受光信号が後
段の受光回路で回路フィルタによりカットできる波長帯
域の光は含まなくてもよい。例えば、受光部の受光感度
が、４００ｎｍ〜９００ｎｍであった場合、後段の回路
フィルタで６５０ｎｍから９００ｎｍの光による受光信
号がカットできるなら、受光部前面のフィルタが６５０
ｎｍから９００ｎｍの光を透過する特性を持っていても
よい。

【００４９】

【発明の効果】請求項１にかかる発明によれば、箱体内
の検出対象物を検出する光学式センサに、発光部の光は
透過しなくて、可視波長の一部の波長の光は透過する第
１のフィルタを介して、箱体の外から箱体内の検出対象
物が見えるようにしたので、検出対象物を人間が常に目
視できるという利便性が得られる。また、発光部の光の
一部は透過し、第１のフィルタを透過する光のうち受光
部で受光感度を有する光は透過しない第２のフィルタを
受光部の前面に設けたので、簡単な構成により、確実な
外乱光対策を実現できる。

【００５０】また、請求項２にかかる発明によれば、上
述と同様の効果が得られるうえ、透明な測定管の中にフ
ロートなどの検出対象物が移動するのが目視できるの
で、測定管を見ることでも測定結果を知ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる光学式センサの要部の展開図

【図２】この発明の原理を説明する図

【図３】第２の実施形態の発光素子、フィルタの波長特
性図

【図４】第３の実施形態の発光素子、フィルタの波長特
性図

【図５】第４の実施形態における光学式センサの側面図

【図６】第４の実施形態における光学式センサの展開詳
細図

【図７】図４のＡ−Ａ断面図

【図８】図６のＢ−Ｂ断面図

【図９】フロート位置とＣＣＤ受光分布の関係図

【図１０】第５の実施形態を説明する図

【図１１】液面レベル計の説明図

【図１２】従来のフロート形面積流量計の斜視図

【図１３】図１１のＣ−Ｃ断面図

【符号の説明】

１発光部（発光素子）２受光部（受光素子）３フィルタ（ＩＲフィルタ）４フィルタ（ＩＲカットフィルタ）５ロッドレンズアレイ６素子ホルダ１０ケース１１カバー１２〜１４基板１５光学ホルダ１６光学ホルダふた１７透明フィルム１８、１９、２０、２４ねじ２１調整信号コネクタ２２出力用コネクタ２３表示灯２５シールドフィルム３０測定管３１フロート３１ａミラー３２、３３配管継手３４流量調整バルブ３５筐体３６遮光カバー３７遮光フード３８測定管窓４０金属タンク４１透明測定管５０光学式センサ５１センサ処理回路５２センサ処理回路（ＣＰＵ）６０測定系（箱体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献実公平３−55067（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 23/56 G01F 1/22

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光を発する発光部と、この発光部の光を
受光する受光部とが箱体内に備えられ、受光部の受光信
号に基づいて箱体内の検出対象物を検出する光学式セン
サであって、発光部の光は透過しなくて、可視波長の一
部の波長の光は透過する第１のフィルタを介して、箱体
の外から箱体内の検出対象物が見えるようにし、発光部の光の一部は透過し、第１のフィルタを透過する
光のうち受光部で受光感度を有する光は透過しない第２
のフィルタを、受光部の前面に設けたことを特徴とする
光学式センサ。
【請求項２】光を発する発光部と、この発光部の光を受
光する受光部と、透明な測定管と、その測定管内を移動
するフロートなどの検出対象物と、が箱体内に備えら
れ、箱体の外から測定管と測定管内の検出対象物の位置とが
見えるように箱体に窓を設けるとともに、受光部の受光
信号に基づいて測定管内の検出対象物の位置を検出する
光学式センサであって、箱体の窓に、発光部の光は透過しなくて可視波長の一部
の波長の光は透過する第1のフィルタを取付けて、該第1
のフィルタを介して箱体の外から測定管内の検出対象物
の位置が見えるようにするとともに、受光部の前面に、発光部の光の一部は透過し、第１のフ
ィルタを透過する光のうち受光部で受光感度を有する光
は透過しない第２のフィルタを設けた、ことを特徴とする光学式センサ。