JPH0522165B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、一般的には滴下する液滴の大きさ
を遠隔で測定する装置に関し、特に、人が直接近
づくことができない例えば放射線環境下での液体
の漏洩を連続的に遠隔検出してその漏洩量を精度
よく測定するために好ましく使用できる滴下液滴
の検出装置に関するものである。

＜従来の技術＞ 滴下液滴を遠隔的に検出する方法として、本願
と同じ出願人により特願昭61−165111号で提案さ
れた方法がある。この方法は第４図に示したよう
に、平行光源１からの平行光R_sを滴下液滴２に
１つの平面内で入射させる。滴下液滴２の形状は
真球で近似できるので、入射光の一部は液滴表面
で反射された反射光となるとともに、一部は液滴
内面に透過し屈折したのち再度液滴表面から射出
される透過屈折光となつて散乱する。この反射光
と透過屈折光を、平行光R_sと同じ平面内で平行
光の進行方向に対して角度θ（散乱角）だけ回転
した方向からみると、第５図のように液滴２内に
２つの輝点、すなわち反射光による輝点Ａと透過
屈折光による輝点Ｂをみることができる。上記先
願発明においては、実際の液滴２内の輝点を観察
する代わりに、散乱角θ方向に伝播される光をレ
ンズ等の光学結像系３を介して一次元光センサ４
上に結像させ（第６図）、この像における２つの
輝点ａ，ｂを一次元光センサ４からの信号として
得ることができる（第７図）。第７図の輝点ａの
ピークと輝点ｂのピークとの間の距離r₁＋r₂およ
び光学結像系３の倍率によつて実際の液滴２の径
２Ｒ（第５図）を算出することができる。この液
滴径からさらに液滴の体積を算出し、これに滴下
数を掛けることにより滴下量を求めることができ
る。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 上述した方法においては一般的には反射光強度
は透過屈折光強度より小さくなる。そのため光源
強度が弱い場合には第８図Ａのように反射光の輝
点ａのピークはノイズレベルＣとの判別が困難と
なる。逆に光源強度を強くした場合には、第８図
Ｂのように反射光の輝点ａのピークは良く判別で
きるが、透過屈折光の輝点ｂのピークは飽和レベ
ルｄを超えてピーク位置が不明確となる。また透
過屈折した光は液滴内面において１回以上の反射
をして第３の輝点ｅを生じ、輝点間距離の計測に
おいてａ，ｂ間ではなくａ，ｅ間を測定してしま
うことがある。従つていずれの場合においても輝
点間距離を正確に求めるのは困難であつた。

そこでこの発明は、上述の先願発明の方法を実
施するための装置を改良して、一次元光センサ上
に結像される液滴からの反射光と透過屈折の輝点
の強度差を小さくするとともに、液滴内面におけ
る１回以上の反射によつて生じる第３の輝点の強
度を低減し、これによつて液滴からの反射光と透
過屈折光の輝点間距離を正確に計測でき、滴下液
滴径ひいては滴下液滴量を精度よく測定できる装
置を提供することを目的としてなされたものであ
る。

＜問題点を解決するための手段＞ 光が二つの媒体の境界面に入射すると、一部分
は反射してもとの媒質に戻り、一部分は屈折して
第二の媒質に入つていくことはよく知られてい
る。この時の光の反射率、透過率は二つの媒質の
相対屈折率と入射角とによつて変化し、計算によ
り求めることができる。また光の偏光状態によつ
ても反射率に差が生じる。直線偏光の場合のｐ成
分とｓ成分の反射率の変化を相対屈折率ｎ＝1.5
の場合について計算した結果が文献により知られ
ており、第１図のグラフのようになる（吉原邦夫
著「物理光学」（共立出版、昭和57年）pp170−
178）。なお水滴の場合は、相対屈折率ｎ＝1.333
程度となりｎ＝1.5の場合よりは相対的に低い反
射率を示すが、傾向は第１図のグラフと近似す
る。

ここで透過率と反射率の和は１となるので、前
述したように液滴からの反射光の方が透過屈折光
より弱い場合には、反射光の反射率を高めればよ
い。このためには、直線偏光のｓ成分のみを使用
すればよいことが第１図のグラフから理解でき
る。すなわち、第１図のグラフからわかるよう
に、同じ入射角の場合、直線偏光のｓ成分の反射
率（R_E）_sはｐ成分の反射率（R_E）_pよりも大きくな
るし、また自然光に相当する１／２｛（R_E）_p＋
（R_E）_s｝よりも大きくなるからである。

この発明は上述した考えに基づいてなされたも
のであつて、滴下液滴に向けて水平面で平行光を
照射する光源と、所定の散乱角で該液滴から散乱
された反射光と透過屈折光とからなる散乱光を光
学結像系を通して検出する一次元光センサとから
なり、該反射光と透過屈折光とにより像中に形成
される２つの輝点間の距離から液滴径を算出する
滴下液滴検出装置において、前記光源として直線
偏光またはそれに近い偏光の平行光を照射する装
置を使用し、前記一次元光センサの光学結像系に
検偏器を設け、前記光源および光学結像系の検偏
器はその偏光方向を回転できる機構を有している
ことを特徴とするものである。

＜作 用＞ 先願発明におけると同様に、光源からの平行光
は液滴によつて散乱され、反射光と透過屈折光と
なつて光学結像系を介して一次元光センサ上に２
つの輝点として結像する。

この発明においては、光源からの平行光を実質
的に直線偏光として液滴を照射し、液滴からの反
射光と透過屈折光を検偏器を通すことによつて実
質的に直線偏光のｓ成分のみを光学結像系さらに
は一次元光センサへ透過させる。

この際、光源および光学結像系の検偏器に設け
た偏光方向回転機構を用いて、光の進行方向に対
し垂直な面内で偏光方向を回転させることによ
り、一次元光センサ上に結像した反射光と透過屈
折光との輝点ピークの強度差が小さくなりかつ強
度が比較的大きくなるように偏光方向を調節する
ことができる。

また、液滴内への透過光が液滴内面で多重反射
するために生じる第３の輝点も、この発明におけ
るように直線偏光を使用することによつて、その
強度を低減できる。

＜実施例＞ 第２図はこの発明の装置の実施例を示すもので
あつて、基本的には第４図の先願発明の装置と同
じであるため第４図と同じ部材には同じ番号を付
すことにより説明を省略する。

この発明において特徴となる構成は、ハロゲン
ランプ等とコリメータとを組合せた通常の平行光
源１からの平行光の光路に起偏器５を設置して平
行光を直線偏光またはそれに近いものとする点
と、光学結像系３の前に偏光フイルタ等の検偏器
６を設置して、液滴からの散乱光（反射光および
透過屈折光）を偏光して透過させるようにした点
である。図示はしていないが、上記の起偏器５お
よび検偏器６は各々偏光方向回転機構を具備し、
偏光の方向を光の進行方向に対して垂直な面内で
回転できるようになつている。

なお、光源として上記したハロゲンランプに変
えて、直線偏光タイプのビームを発するレーザ装
置を使用してもよい。この場合には起偏器５は不
要になる。

第２図のこの発明の装置は次のように操作す
る。先ず、一次元光センサ４の出力における液滴
からの反射光と透過屈折光の輝点ピークの強度を
測定しながら、これら２つの輝点ピークの強度差
が小さくなるように起偏器５の偏光方向回転機構
を調節して、液滴２を照射する光の偏光方向を光
の進行方向に対して垂直な面内で回転させる。そ
の後、さらに一次元光センサ４の出力における上
記２つの輝点ピークの強度差が小さくなりかつ輝
点の強度が比較的大きくなるように検偏器６の偏
光方向回転機構を調節して、光学結像系３さらに
は一次元光センサ４へ入る液滴からの反射光と透
過屈折光の偏光方向がｓ偏光となるように光の進
行方向に対して垂直な面内で回転させる。

なお、検偏器６による偏光方向を適当に選定す
れば、平行光源１と同一の偏光方向の光のみを一
次元光センサ４に入射させることができ、平行光
源１からの光以外の外乱光（これはランダム偏光
していると考えられる）の影響を小さくすること
も可能である。

光源１として直線偏光タイプのヘリウム−ネオ
ンレーザを用い、検偏器６として偏光フイルタを
用いたこの発明の装置によつて液滴を検出したと
きの一次元光センサ４からの出力信号のグラフを
第３図に示す。第３図Ａはｐ偏光で得られた反射
光の輝点ａと透過屈折光の輝点ｂのピークを示
し、一方第３図Ｂは第３図Ａと同じ液滴検出条件
においてｓ偏光で得られた反射光の輝点ａと透過
屈折光の輝点ｂのピークを示している。これらの
グラフからわかるように、反射光輝点ａのピーク
は、ｐ偏光の第３図Ａにおいてはノイズレベルｃ
と殆んど判別できないが、ｓ偏光の第３図Ｂでは
明確に検知することができる。

なお、第２図のこの発明の装置において、起偏
器５および検偏器６の偏光方向回転機構は手動操
作するものとして説明したが、一次元光センサ４
の信号出力を読み取つてこれら偏光方向回転機構
を作動させる信号を出力する装置を設けることに
よつて、自動的に偏光方向を回転して最良の反射
光および透過屈折光の輝点ピークが得られるよう
にすることができる。

＜考案の効果＞ 上述したごとき構成を有するこの発明の装置に
よれば、一次元光センサで検出される液滴からの
反射光と透過屈折光との強度差を小さくすること
ができるから、(1)光源として要求される強度のと
り得る範囲を大きくできる、(2)弱い方の光がノイ
ズレベルに埋もれることなく、また強い方の光が
飽和出力レベルを超えることなく検出できる、(3)
液滴内面で反射することにより生じた第３の輝点
の強度を小さくしてノイズレベル以下とすること
ができる、といつた効果をもたらす。その結果、
液滴からの反射光と透過屈折光の２つの輝点間距
離を正確に計測できるようになり、滴下液滴量を
精度よく測定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は直線偏光の場合のｐ成分とｓ成分の入
射角に対する反射率の変化を示すグラフ、第２図
はこの発明の装置の実施例を示す説明図、第３図
Ａはこの発明の装置においてｐ偏光で得られた一
次元光センサの出力信号のグラフ、第３図Ｂはこ
の発明の装置においてｓ偏光で得られた一次元光
センサの出力信号のグラフ、第４図は先願発明の
滴下液滴検出装置の原理を示す説明図、第５図は
実際の液滴と２つの輝点を示す説明図、第６図は
光学結像系により得られる液滴と２つの輝点の像
を示す説明図、および第７図は第６図の像から一
次元光センサにより得られる出力信号のグラフ、
第８図Ａは第４図の装置で光源強度が弱い時に一
次元光センサにより得られる出力信号のグラフ、
第８図Ｂは第４図の装置で光源強度が強い時に一
次元光センサにより得られる出力信号のグラフで
ある。 １…平行光源、２…液滴、３…光学結像系、４
…一次元光センサ、５…起偏器、６…検偏器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 滴下液滴に向けて水平面で平行光を照射する
   光源と、所定の散乱角で該液滴から散乱された反
   射光と透過屈折光とからなる散乱光を光学結像系
   を通して検出する一次元光センサとからなり、該
   反射光と透過屈折光とにより像中に形成される２
   つの輝点間の距離から液滴径を算出する滴下液滴
   検出装置において、前記光源として直線偏光また
   はそれに近い偏光の平行光を照射する装置を使用
   し、前記一次元光センサの光学結像系に検偏器を
   設け、前記光源および光学結像系の検偏器はその
   偏光方向を回転できる機構を有していることを特
   徴とする滴下液滴検出装置。