JP7121485B2

JP7121485B2 - 相変化検出装置

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Publication number: JP7121485B2
Application number: JP2017238800A
Authority: JP
Inventors: 文雄小川
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2022-08-18
Anticipated expiration: 2037-12-13
Also published as: JP2019105563A

Description

本発明は、液相と固相との間の相状態の変化を検出する相変化検出装置に関する。

近年、水等の液体の相状態（液相、固相等）の変化を検出する検出装置の需要が生じている。例えば、製氷機や製氷装置を内蔵する自動販売機等において、製氷庫内の水の液相から固相への相状態の変化（相変化）のタイミングを検出することにより、必要最小限の電力で製氷を行うように電力をコントロールすることができる。

相状態の変化を検出する方法としては、例えば、１３００ｎｍ～１５００ｎｍの近赤外線の吸光特性を利用した検出方法が提案されている。この検出方法では、水の固相（氷）における吸光スペクトルと液相（水）における吸光スペクトルとの違いを利用して、吸光スペクトルの変化に基づいて相変化を検出する。

また、ＴＨｚ波（テラヘルツ波）の反射率特性を利用した検出方法も提案されている。この検出方法では、水には大きく吸収され、氷には反射されるというＴＨｚ波の性質を利用して、反射率の変化に基づいて相変化を検出する。

また、液体内容物を封入した容器を振動させつつ光源から液体内容物の表面に光を照射し、反射光をフォトセンサで受光して、反射光の振幅に基づいて液体内容物の凝固状態を判定する凝固検査装置が提案されている（例えば、特許文献１）。また、同様に反射光の振幅に基づいて液体内容物の凝固状態を判定する凝固検査装置として、複数の容器を格子状に配列することにより位置関係を保持したまま振動を行うことが可能な収容装置を備えた凝固検査装置が提案されている（例えば、特許文献２）。

特許５３３２８８１号公報特開２０１２－０５７９７１号公報

１３００ｎｍ～１５００ｎｍの近赤外線の吸光特性を利用した検出方法では、水及び氷の透過率の検出が必要である。このため、かかる検出方法を行う装置の構成は複雑となり、製氷機や自動販売機等の製氷庫に配置することは構造的に困難である。また、１３００ｎｍ～１５００ｎｍの光源及び受光素子は高価である。

ＴＨｚ波の反射率特性を利用した検出装置も同様に装置構成が複雑であり、製氷庫に配置することが困難である。また、ＴＨｚ波センサは高価である。

また、上記特許文献１や特許文献２の凝固検査装置では、液体内容物の上部表面（上面）に対して水平方向に光を照射して反射光を検出するため、上部表面における横方向のどの位置の相状態の変化を検出しているのか（例えば、中央部付近なのか外周部付近なのか）を判定することが困難である。また、光源の位置と液体内容物の液面の位置（高さ）とを合わせる必要があるため、製氷部の高さが制限され、調整が困難であるという問題があった。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、製氷容器内の液体内容物の表面の相変化の度合いを簡易に且つ精度よく検出することが可能な相変化検出装置を提供することを目的としている。

本発明に係る相変化検出装置は、開口部を有する容器に注入された液体内容物の液相から固相への相変化または固相から液相への相変化の少なくともいずれかを検出する相変化検出装置であって、前記容器の前記開口部に露出した前記液体内容物の表面を検出面として、前記開口部の上方から前記検出面に向けて出射光を照射し、前記検出面からの反射光を受光するセンサ部と、前記容器の振動に応じた前記反射光の光強度の変化に基づいて、前記液体内容物の前記検出面における前記相変化を検出する相変化検出部と、を有し、前記センサ部は、複数の光センサを含み、前記複数の光センサは、前記検出面上の異なる検出位置に前記出射光を照射して前記反射光を受光し、前記相変化検出部は、前記複数の光センサの各々が受光した前記反射光の光強度の変化に基づいて、前記異なる検出位置の各々における前記液体内容物の前記相変化を検出するものであり、前記複数の光センサの各々は、前記出射光を出射する光源と、前記出射光を第１の偏光方向を有する第１の出射光及び第２の偏光方向を有する第２の出射光に分離する第１のスプリッタと、前記第１の出射光が前記検出面で反射した光を前記第１の偏光方向を有する第１の反射光及び前記第２の偏光方向を有する第２の反射光に分離する第２のスプリッタと、前記第１の反射光を受光する第１の受光素子と、前記第２の反射光を受光する第２の受光素子と、前記第１の反射光及び前記第２の反射光の光強度に基づいて、前記反射光の光強度を算出する演算回路と、を有することを特徴とする。
本発明に係る相変化検出装置は、開口部を有する容器に注入された液体内容物の液相から固相への相変化または固相から液相への相変化の少なくともいずれかを検出する相変化検出装置であって、前記容器の前記開口部に露出した前記液体内容物の表面を検出面として、前記開口部の上方から前記検出面に向けて出射光を照射し、前記検出面からの反射光を受光するセンサ部と、前記容器の振動に応じた前記反射光の光強度の変化に基づいて、前記液体内容物の前記検出面における前記相変化を検出する相変化検出部と、を有し、前記センサ部は、前記出射光を出射する光源及び前記反射光を受光する受光部を含む光センサと、前記出射光の方向を変化させ、前記検出面上の所定領域を走査するように前記出射光を照射する走査部と、を含むことを特徴とする。

実施例１の相変化検出装置の構成を示すブロック図である。実施例１の相変化検出装置における光センサの構成を示すブロック図である。実施例１において、液体内容物が固相の場合のセンサ出力及び液相の場合のセンサ出力を模式的に示す図である。実施例２の相変化検出装置における光センサの構成を示すブロック図である。実施例２において、液体内容物が固相の場合のセンサ出力及び液相の場合のセンサ出力を模式的に示す図である。実施例３の相変化検出装置の構成を示すブロック図である。実施例３の走査部の構成を模式的に示す図である。周期的に変化する制御電圧の例を模式的に示す図である。

以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、本実施例の相変化検出装置１００の構成を示すブロック図である。相変化検出装置１００は、例えば製氷機や製氷機能を有する自動販売機の内部に設けられ、製氷容器ＩＢに近接した位置に配置されている。相変化検出装置１００は、センサ部１０、振動部１２、相変化検出回路１３、受信部１４及び制御部１５を有する。

製氷容器ＩＢは、上面に開口部を有する円筒形状の容器であり、水等の液体を充填可能に構成されている。製氷容器ＩＢは、円筒の中心軸ＣＡが鉛直方向（図中、Ｚ方向として示す）と一致するように載置されている。

本実施例では、製氷容器ＩＢには水が注入される。製氷容器ＩＢ内の水は、製氷容器ＩＢの外部に配された図示せぬ冷却手段によって冷却されて凝固し、液相（水）から固相（氷）へと相変化する。その際、製氷容器ＩＢの上面の開口部には、水又は氷の表面が露出している。以下の説明では、製氷容器ＩＢ内の水及び氷を総称して液体内容物と称する。

センサ部１０は、光センサ１１Ａ及び光センサ１１Ｂから構成されている。光センサ１１Ａ及び光センサ１１Ｂは、製氷容器ＩＢの上面の開口部の上方に設けられている。光センサ１１Ａ及び１１Ｂは、製氷容器ＩＢの上面の開口部に露出した液体内容物の表面に向けて光を照射し、反射した光を受光する。例えば、本実施例では、光センサ１１Ａ及び１１Ｂは、開口部に露出した液体内容物の表面に対して垂直に近い方向（すなわち、略垂直方向）に光を照射する。以下の説明では、製氷容器ＩＢの上面の開口部に露出した液体内容物の表面のことを検出面ＬＳと称する。

光センサ１１Ａは、検出面ＬＳ上の第１の検出スポットＤＳ１に光を照射する。第１の検出スポットＤＳ１は、例えば製氷容器ＩＢの上面の開口部の中央部領域（すなわち、円筒の上底面の中心付近）に位置している。

光センサ１１Ｂは、第１の検出スポットＤＳ１から離間した検出面ＬＳ上の第２の検出スポットＤＳ２に光を照射する。第２の検出スポットＤＳ２は、例えば製氷容器ＩＢの上面の開口部の外周近傍の領域（すなわち、側面側に近い領域）に位置している。

図２は、本実施例の光センサ１１Ａの構成を示すブロック図である。光センサ１１Ａは、光源２０、集光レンズ２１、集光レンズ２２及び受光素子２３を有する。なお、光センサ１１Ｂも同様の構成を有する。

光源２０は、例えば波長800nm～1000nmの光を発光するＬＥＤ（Light Emitting Diode）発光素子から構成されている。集光レンズ２１は、例えば平凸レンズから構成され、光源２０から出射された光（以下、出射光ＯＬと称する）を集光する。出射光ＯＬは、集光レンズ２１を通って直進し、検出面ＬＳに照射される。光源２０及び集光レンズ２１は、入射角θが鋭角（０°を含む）となるように出射光ＯＬを照射可能な位置に配置されている。例えば、入射角θが０°に近い角度である場合、出射光ＯＬは、検出面ＬＳに対して略垂直方向に照射される。

集光レンズ２２は、例えば平凸レンズから構成され、検出面ＬＳで反射された光（以下、反射光ＲＬと称する）を集光する。受光素子２３は、例えばＳｉフォトダイオードやＳｉフォトトランジスタから構成され、集光レンズ２２により集光された反射光ＲＬを受光する。集光レンズ２２及び受光素子２３は、反射角θが鋭角（０°を含む）であるような反射光ＲＬを受光可能な位置に配置されている。例えば、反射角θが０°に近い角度である場合、検出面ＬＳから略垂直方向に反射された反射光ＲＬが受光される。

尚、入射角θ及び反射角θが０°である場合、例えば光源２０から出射された光ＯＬの光軸上にハーフミラー（図示せず）を配置し、検出面ＬＳからの反射光ＲＬを当該ハーフミラーにより所定方向へ反射した光が入射する位置に受光素子２３を配置する。これにより、出射光ＯＬは検出面ＬＳに対して垂直方向に照射され、検出面ＬＳから垂直方向に反射された反射光ＲＬが受光される。

再び図１を参照すると、光センサ１１Ａ及び１１Ｂは、受光素子２３が受光した反射光ＲＬの光強度をセンサ出力として相変化検出回路１３に出力する。

振動部１２は、例えば電気信号に応じて振動するバイブレータや振動モータから構成され、製氷容器ＩＢの側面Ｓに接するように配置されている。振動部１２の駆動によって製氷容器ＩＢが振動し、製氷容器ＩＢの上面の開口部に露出した液体内容物の表面（すなわち、水面又は氷表面）が揺動する。その際、振動部１２は、振動開始を示す振動開始信号ＶＳを受信部１４に供給する。上記の通り、振動部１２が振動することにより製氷容器ＩＢが振動するため、振動開始信号ＶＳは、製氷容器ＩＢの振動開始を示している。振動部１２は、振動開始から所定時間経過後に振動を停止する。

相変化検出回路１３（相変化検出部）は、センサ部１０の光センサ１１Ａ及び１１Ｂのセンサ出力、すなわち各々の受光素子２３が受光した反射光ＲＬの光強度に基づいて、検出面ＬＳにおける各検出スポットの相状態が液相か固相かを判定する。そして、相変化検出回路１３により経時的に検出を行うことで、検出面ＬＳにおける各検出スポットの液相から固相への相変化（すなわち、液体内容物の表面における水から氷への変化）が生じているか否かを判定する。相変化検出回路１３は、受信部１４が受信した振動開始信号ＶＳに応答して相変化の検出を行う。

図３は、振動部１２の振動開始及び振動停止（以下、振動部１２のオン、オフと称する）のタイミングと、検出面ＬＳが液相（水）である場合のセンサ出力（すなわち、反射光ＲＬの光強度）の時間変化と、検出面ＬＳが固相（氷）である場合のセンサ出力の時間変化と、を模式的に示すグラフである。ここでは、振動部１２をオンにするｔ_０秒前のセンサ出力をＶ_０、振動部１２をオフにしてからｔ_１秒後のセンサ出力をＶ_１、Ｖ_０とＶ_１との差をΔＶ、振動部１２をオフにしてからｔ_１秒後の反射光ＲＬの光強度の大きさをＶｐ－ｐとして示している。

液体内容物が検出面ＬＳにおいて液相である場合、製氷容器ＩＢの振動に応じて水面が大きく揺動するため、Ｖ₀とＶ₁との差ΔＶは、所定の閾値Ｔｈ１以上の値となる。これに対し、液体内容物が検出面ＬＳにおいて固相である場合、Ｖ₀とＶ₁との差ΔＶは、閾値Ｔｈ１未満の値（０を含む）となる。

また、液体内容物が検出面ＬＳにおいて液相である場合、Ｖｐ－ｐは所定の閾値Ｔｈ２以上の値となる。これに対し、液体内容物が検出面ＬＳにおいて固相である場合、Ｖｐ－ｐは閾値Ｔｈ２未満の値（０を含む）となる。

尚、閾値Ｔｈ１および閾値Ｔｈ２は、相変化検出回路１３において、振動条件や液体の種類に応じて適宜設定する。

相変化検出回路１３は、ΔＶ及びＶｐ－ｐを夫々閾値Ｔｈ１及び閾値Ｔｈ２と比較することにより、液体内容物が検出面ＬＳにおいて液相なのか固相なのかを判定する。例えば、相変化検出回路１３は、ΔＶが閾値Ｔｈ１以上であるか又はＶｐ－ｐが閾値Ｔｈ２以上である場合に、液相であると判定する。一方、相変化検出回路１３は、ΔＶが閾値Ｔｈ１未満で且つＶｐ－ｐが閾値Ｔｈ２未満である場合には、固相であると判定する。

相変化検出回路１３は、かかる判定結果に基づいて、検出面ＬＳにおける液晶から固相への相変化を検出する。その際、相変化検出回路１３は、光センサ１１Ａのセンサ出力に基づいて第１の検出スポットＤＳ１における相変化を検出し、光センサ１１Ｂのセンサ出力に基づいて第２の検出スポットＤＳ２における相変化を検出する。なお、ΔＶは振動部１２をオンにするｔ₀秒前と振動部１２をオフにしてからｔ₁秒後との差であり、例えば検出面に着霜がある場合でも、相変化の検出には影響が生じない。

再び図１を参照すると、受信部１４は、振動部１２から振動開始信号ＶＳを受信する。受信部１４は、受信した振動開始信号ＶＳを制御部１５に供給する。

制御部１５は、相変化検出装置１００の各部の制御を行う。例えば、制御部１５は、振動開始信号ＶＳに応答して相変化検出回路１３を動作させ、検出面ＬＳに相変化が生じているか否かを検出させる。

このように、本実施例の相変化検出装置１００では、開口部の上方に配置された光センサが、検出面ＬＳに向けて（例えば、略垂直方向に）光を照射することにより、液相から固相への相変化を検出する。このため、検出面ＬＳに対して平行に近い方向（すなわち、側面方向）から光を照射する場合と異なり、光センサの高さ方向の位置（すなわち、鉛直方向の位置）に合わせて液体内容物の表面の高さを調整する必要がない。従って、本実施例の相変化検出装置１００によれば、簡易に且つ精度よく相変化を検出することが可能となる。

また、本実施例の相変化検出装置１００では、検出面ＬＳ上の２つの検出スポットＤＳ１及びＤＳ２について、液相から固相への相変化を検出する。このように、複数の検出スポットの夫々について相変化の検出を行うことにより、検出面ＬＳ上のどの位置まで相変化が進行しているのかを判定することが可能となる。例えば、製氷容器ＩＢの側面側から冷却を行う場合、検出スポットＤＳ２は検出スポットＤＳ１よりも先に液相から固相に変化する。従って、検出スポットＤＳ１が液相であり、ＤＳ２が固相である場合、相変化が途中まで進行していると判定することができる。

従って、本実施例の相変化検出装置１００を有する製氷機や製氷機能を有する自動販売機では、製氷がどの程度進んだかを検知してきめ細かい製氷電力のコントロールを行うことができるため、消費電力を削減することが可能となる。

本実施例の相変化検出装置は、光センサ１１Ａ及び１１Ｂの各々の構成において、実施例１の相変化検出装置１００と異なる。

図４は、本実施例の光センサ１１Ａの構成を示すブロック図である。光センサ１１Ａは、光源２０、偏光ビームスプリッタ２４－１及び２４－２、モニタ２５、フィードバック回路２６、Ｓ波用受光素子２７、Ｐ波用受光素子２８及び演算回路２９を有する。なお、光センサ１１Ｂも同様の構成を有する。光センサ１１Ａ及び１１Ｂは、実施例１と同様、容器ＩＢの開口部の上方に配置され、検出面ＬＳに向けて出射光を出射する。

偏光ビームスプリッタ２４－１は、光源２０から出射された出射光ＯＬを、所定の偏光方向を有する第１の出射光ＯＬ１と他の偏光方向を有する第２の出射光ＯＬ２とに分離する。第１の出射光ＯＬ１は、所定の入射角θで検出面ＬＳに照射される。入射角θは鋭角（０°を含む）であり、例えば０°に近い角度である場合、第１の出射光ＯＬ１は検出面ＬＳに対して略垂直方向に照射される。

偏光ビームスプリッタ２４－２は、第１の出射光ＯＬ１が検出面ＬＳで反射された光である反射光ＲＬを、出射光ＯＬ１と異なる偏光方向を有する第１の反射光ＲＬ１と同じ偏光方向を有する第２の反射光ＲＬ２とに分離する。

モニタ２５は、偏光ビームスプリッタ２４－１により分離された第２の出射光ＯＬ２を受光し、その光強度をモニタリングする。フィードバック回路２６は、光源２０からの出射光ＯＬが一定になるように制御する。

第２の出射光ＯＬ２は、出射光ＯＬの一部を分離した光であり、第２の出射光ＯＬ２の光強度は第１の出射光ＯＬ１の強度に比例している。従って、第２の出射光ＯＬ２の光強度をモニタリングしつつ光源２０を制御することにより、検出面ＬＳに照射される第１の出射光ＯＬ１の光強度を調整することができる。

Ｓ波用受光素子２７及びＰ波用受光素子２８は、例えばＳｉフォトダイオードやＳｉフォトトランジスタから構成されている。Ｓ波用受光素子２７は、出射光ＯＬ１と異なる偏光方向を有する第１の反射光ＲＬ１を受光する。Ｐ波用受光素子２８は、出射光ＯＬ１と同じ偏光方向を有する第２の反射光ＲＬ２を受光する。

演算回路２９は、第１の反射光ＲＬ１の光強度を示すＳ波用受光素子２７の出力ＳＯ及び第２の反射光ＲＬ２の光強度を示すＰ波用受光素子２８の出力ＰＯを演算し、演算結果を光センサ１１Ａのセンサ出力として、相変化検出回路１３に供給する。

演算回路２９は、例えば出力ＳＯと出力ＰＯとの差分（例えば、ＰＯ－ＳＯ）を算出する演算を行う。これにより、検出面ＬＳの表面の凹凸等による拡散反射の影響を除外した、正反射による反射光の光強度がセンサ出力として得られる。

図５は、本実施例の相変化検出装置の振動部１２を駆動する振動モータのオンオフと、検出面ＬＳが液相（水）である場合のセンサ出力の変化と、検出面ＬＳが固相（氷）である場合のセンサ出力の変化と、を模式的に示すグラフである。

上記の通り、本実施例では、光センサ１１Ａ及び１１Ｂの各々において、演算回路２９が拡散反射の影響を除外したセンサ出力を算出している。このため、検出面ＬＳが液相である場合におけるＶ₀とＶ₁との差ΔＶは、実施例１のような単純反射型の光センサの出力と比べてより大きくなる。

従って、本実施例の相変化検出装置１００によれば、検出面ＬＳが液相であるか固相であるかをより正確に判定することができる。

図６は、本実施例の相変化検出装置３００の構成を示すブロック図である。相変化検出装置３００は、センサ部１０の構成において実施例１の相変化検出装置１００と異なる。

本実施例のセンサ部１０は、光センサ３０及び走査部３１を含む。光センサ３０及び走査部３１は、容器ＩＢの開口部の上方に配置されている。光センサ３０は、図２に示す実施例１の光センサ１１Ａと同様の構成を有する。ただし、本実施例の光センサ３０は、走査部３１を介して検出面ＬＳに向けて出射光ＯＬを照射する。また、光センサ３０は、走査部３１を介して検出面ＬＳからの反射光ＲＬを受光する。

図７Ａは、走査部３１の構成を模式的に示す図である。走査部３１は、光学素子３２及び制御電圧供給部３３を含む。

光学素子３２は、当該素子に入射した光の進行方向を電圧の印加に応じて変化させる性質を有するＫＴＮ結晶等の結晶素子から構成されている。光学素子３２は、光センサ３０から出射された出射光ＯＬの入力を受け、制御電圧供給部３２により印加された制御電圧ＣＶに応じて、出射光ＯＬの進行方向を変化させて出力する。

制御電圧供給部３３は、図６に示す制御部１５による制御に応じて、光学素子３２に制御電圧ＣＶを印加する。例えば、制御電圧供給部３３は、図７Ｂに示すように、電圧値が「Ｖｍ」及び「－Ｖｍ」の間で周期的に変化する交流電圧を制御電圧ＣＶとして印加する。

このように、電圧値が周期的に変化する制御電圧ＣＶを制御電圧供給部３３が光学素子３２に印加することにより、検出面ＬＳ上の所定範囲を走査するように出射光ＯＬの進行方向が変化する。例えば、図６及び図７Ａに示すように、制御電圧ＣＶ＝Ｖｍが光学素子３２に印加されると、出射光ＯＬは、検出スポットＤＳＡに照射される。また、制御電圧ＣＶ＝－Ｖｍが印加されると出射光ＯＬは検出スポットＤＳＢに照射され、制御電圧ＣＶ＝０が印加されると出射光ＯＬは検出スポットＤＳＣに照射される。

光センサ３０の受光部は、各検出スポットからの反射光ＲＬを受光する。相変化検出回路１３は、光センサ３０のセンサ出力、受光した各検出スポットからの反射光ＲＬの光強度に基づいて、検出面ＬＳにおける液相から固相への相変化を検出する。

このように、本実施例の相変化検出装置３００は、検出面ＬＳ上を走査するように出射光ＯＬの照射方向を変化させ、照射位置（検出スポット）を変化させつつ、相変化の検出を行う。これにより、例えば中央部領域及び外周近傍の領域を含むエリアを検出エリアとして設定し、当該検出エリア内の任意の位置における相変化を検出することができるため、液体内容物の表面における相変化がどの程度まで進行しているのかを柔軟に判定することが可能となる。

なお、本発明は上記実施例で示したものに限定されない。例えば、上記実施例では、相変化検出装置１００（３００）がバイブレータ等からなる振動部１２を有する場合を例として説明した。しかし、相変化検出装置１００自身が振動部１２を有さず、他の要因による製氷容器ＩＢの振動に応じて相変化を検出する構成であっても良い。例えば、製氷装置のコンプレッサが作動する際に製氷容器ＩＢに生じる振動に応じて、相変化を検出しても良い。その場合、例えば相変化検出装置１００は、コンプレッサ等による振動を感知する振動検出手段を備え、当該振動検出手段から受信部１４が振動開始信号ＶＳを受信し、それに応答して、相変化検出回路１３が相変化を検出する。

また、上記実施例では、相変化検出回路１３は、液相から固相への相変化を判定する場合を例として説明した。しかし、相変化検出回路１３は、用途に応じて固相から液相への変化を判定するものとすることもでき、さらに液相から固相への変化および固相から液相への変化の双方向の変化を判定するものとすることができる。

また、上記実施例ではΔＶ及びＶｐ－ｐに基づいて相変化を検出する場合を例として説明した。しかし、ΔＶ及びＶｐ－ｐのいずれかに基づいて相変化を検出する構成であっても良い。また、ΔＶ及びＶｐ－ｐの両方に基づいて相変化を検出する場合であっても、その検出方法は上記実施例で示したものに限られない。例えば、上記実施例では、ΔＶ又はＶｐ－ｐの少なくとも一方が閾値以上である場合には液相であると判定し、ΔＶ及びＶｐ－ｐがともに閾値未満の場合には固相であると判定する場合を例として説明した。しかし、これとは異なり、例えばΔＶ及びＶｐ－ｐの両方が閾値以上の場合に液相であると判定し、ΔＶ又はＶｐ－ｐの少なくとも一方が閾値未満の場合には固相であると判定するものであっても良い。

また、上記実施例１では、検出スポットＤＳ１及びＤＳ２を開口部の中央部領域及び外周近傍の領域とする例について説明した。しかし、検出スポットの位置はこれに限られず、検出面ＬＳ上の任意の位置を検出スポットとすることが可能である。また、光センサの数は２つに限られず、３つ以上の光センサを用いて３か所以上を検出スポットとして相変化の検出を行っても良い。

また、上記実施例２では、Ｓ波用受光素子２７の出力ＳＯ及びＰ波用受光素子２８の出力ＰＯの差分（例えば、ＰＯ－ＳＯ）を演算回路２９が算出し、算出した差分を光センサ１１Ａのセンサ出力として相変化検出回路１３に供給する場合を例として説明した。しかし、演算回路２９による演算はこれに限られず、例えば出力ＳＯと出力ＰＯとの比（例えば、ＰＯ／ＳＯ）を算出しても良い。このようにＳ波用受光素子の出力とＰ波用受光素子出力との比を算出することにより、出射光ＯＬの光強度ばらつきの影響と拡散反射の影響とを除外したセンサ出力を得ることができる。

また、上記実施例３では、走査回路３１に含まれる光学素子３２がＫＴＮ結晶から構成されている場合を例として説明した。しかし、光学素子３２は、ＬｉＮｂＯ₃等の他の光学結晶から構成されていても良い。

また、上記実施例３では、走査回路３１が光学素子３２及び制御電圧供給部３３を含み、光学素子３２に印加する制御電圧を変化させることにより出射光ＯＬの進行方向を変化させる例について説明した。しかし、走査回路３１の構成はこれに限られず、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーから構成されていても良い。ＭＥＭＳミラーからなる走査回路３１は、光源からの光を反射させる光反射面を有し、光反射面を２次元的に揺動することにより、反射光を所定領域内で走査させる。かかる構成によっても、検出面ＬＳ上で検出スポットを移動させつつ相変化を検出することができる。

１００，３００相変化検出装置
１０センサ部
１１Ａ，１１Ｂ光センサ
１２振動部
１３相変化検出回路
１４受信部
１５制御部
２０光源
２１集光レンズ
２２集光レンズ
２３受光素子
２４－１偏光ビームスプリッタ
２４－２偏光ビームスプリッタ
２５モニタ
２６フィードバック回路
２７Ｓ波用受光素子
２８Ｐ波用受光素子
２９演算回路
３０光センサ
３１走査回路
３２光学素子
３３制御電圧供給部

Claims

開口部を有する容器に注入された液体内容物の液相から固相への相変化または固相から液相への相変化の少なくともいずれかを検出する相変化検出装置であって、
前記容器の前記開口部に露出した前記液体内容物の表面を検出面として、前記開口部の上方から前記検出面に向けて出射光を照射し、前記検出面からの反射光を受光するセンサ部と、
前記容器の振動に応じた前記反射光の光強度の変化に基づいて、前記液体内容物の前記検出面における前記相変化を検出する相変化検出部と、を有し、
前記センサ部は、複数の光センサを含み、
前記複数の光センサは、前記検出面上の異なる検出位置に前記出射光を照射して前記反射光を受光し、
前記相変化検出部は、前記複数の光センサの各々が受光した前記反射光の光強度の変化に基づいて、前記異なる検出位置の各々における前記液体内容物の前記相変化を検出するものであり、
前記複数の光センサの各々は、
前記出射光を出射する光源と、
前記出射光を第１の偏光方向を有する第１の出射光及び第２の偏光方向を有する第２の出射光に分離する第１のスプリッタと、
前記第１の出射光が前記検出面で反射した光を前記第１の偏光方向を有する第１の反射光及び前記第２の偏光方向を有する第２の反射光に分離する第２のスプリッタと、
前記第１の反射光を受光する第１の受光素子と、
前記第２の反射光を受光する第２の受光素子と、
前記第１の反射光及び前記第２の反射光の光強度に基づいて、前記反射光の光強度を算出する演算回路と、を有することを特徴とする相変化検出装置。
前記容器が振動を開始したことを示す振動開始信号を受信する受信部を有し、
前記相変化検出部は、前記振動開始信号に応答して、前記液体内容物の前記相変化を検出することを特徴とする請求項１に記載の相変化検出装置。
前記容器を振動させる振動部を有し、
前記受信部は、前記振動部から前記振動開始信号を受信することを特徴とする請求項２に記載の相変化検出装置。
前記センサ部は、前記検出面に対して略垂直方向に前記出射光を照射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の相変化検出装置。
前記複数の光センサの各々は、
前記出射光を出射する光源と、
前記検出面からの前記反射光を受光する受光素子と、
を有し、
前記光源及び前記受光素子は、前記出射光の入射角及び前記反射光の反射角が鋭角となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の相変化検出装置。
前記演算回路は、前記第１の反射光の光強度及び前記第２の反射光の光強度の差分又は比に基づいて前記反射光の光強度を算出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の相変化検出装置。
開口部を有する容器に注入された液体内容物の液相から固相への相変化または固相から液相への相変化の少なくともいずれかを検出する相変化検出装置であって、
前記容器の前記開口部に露出した前記液体内容物の表面を検出面として、前記開口部の上方から前記検出面に向けて出射光を照射し、前記検出面からの反射光を受光するセンサ部と、
前記容器の振動に応じた前記反射光の光強度の変化に基づいて、前記液体内容物の前記検出面における前記相変化を検出する相変化検出部と、を有し、
前記センサ部は、
前記出射光を出射する光源及び前記反射光を受光する受光部を含む光センサと、
前記出射光の方向を変化させ、前記検出面上の所定領域を走査するように前記出射光を照射する走査部と、を含むことを特徴とする相変化検出装置。
前記容器が振動を開始したことを示す振動開始信号を受信する受信部を有し、
前記相変化検出部は、前記振動開始信号に応答して、前記液体内容物の前記相変化を検出することを特徴とする請求項７に記載の相変化検出装置。
前記容器を振動させる振動部を有し、
前記受信部は、前記振動部から前記振動開始信号を受信することを特徴とする請求項８に記載の相変化検出装置。
前記走査部は、制御電圧の印加を受け、前記制御電圧の電圧レベルに応じて前記出射光の方向を変化させる結晶光学素子を含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の相変化検出装置。