JPH07159222A

JPH07159222A - 光電センサ

Info

Publication number: JPH07159222A
Application number: JP14206694A
Authority: JP
Inventors: Chuichi Ueda; 忠一上田; Shinya Otsuki; 真也大槻; Yukinori Kitagawa; 幸範北川; Arata Nakamura; 新中村; Takeshi Takakura; 毅高倉
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1995-06-23

Abstract

(57)【要約】【目的】センサの先端部分に付着して残る液体の量を
減らし、検出感度を高める。【構成】検出ヘッド１１の先端部に、第１段円錐部ｆ
と第２段円錐部ｇとを設ける。検出ヘッド１１の先端部
にこのように２段の円錐部を設けることで、先端に付着
する液体の量を、１段の場合に比べてより低減すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば液体の表面を検
出する液面検出センサに用いて好適な光電センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の液面検出センサは、図３１に示す
ように、コア１とクラッド２を有する光ファイバ３，４
（または、３本以上の複数本の光ファイバ）が、それら
の端部を揃えてほぼ同方向に並べて配置され、さらに、
端部を一体化して球部５を形成するように構成されてい
る。

【０００３】この球部５が、例えば水や油などの液体の
外（空気中）から液体の内部に移動したり、または液体
の液面が上昇するなどして、球部５が液体外から液体内
部に相対的に移動するときに、光ファイバ３から照射さ
れた光が、球部５などで反射されて、光ファイバ４に入
射する反射光の光量が変化する。そこで、この変化を測
定することにより、液体の表面位置を検出することがで
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液面検出センサは、その先端部分が球状に形成されてい
るため、表面積が大きくなり、それを例えば液体外から
液体中に一旦完全に沈めた後、再度液体外に引き上げた
ときに、比較的多くの液体がセンサの先端部分の表面に
付着して残る。その結果、液体外においても、先端部分
からの光の漏洩量が多くなり、液体中にセンサがある場
合と、液体外にセンサを引き上げた場合との先端部分の
屈折率の変化量が小さくなり、検出感度が下がるという
課題があった。

【０００５】さらに、複数の光ファイバを融着一体化し
て形成された先端部分を覆って保護するものがないた
め、先端部分の強度が低いという課題があった。

【０００６】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、センサの検出感度を上げ、さらに先端部分
の強度を高めるようにするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光電セ
ンサは、発光素子（例えば図１の発光素子１７）から発
生する光を導いて投光する投光手段（例えば図１の投光
用光ファイバ１４）と、投光手段から投光された光の反
射光を受光して、受光素子（例えば図１の受光素子１
８）に導く受光手段（例えば図１の受光用光ファイバ１
５）と、投光手段と受光手段を覆って保護する、先端部
分を円錐型とした保護手段（例えば図１のカバー１２）
と、投光手段と受光手段を、その先端が所定の角度で開
いた状態に固定する固定手段（例えば図１のファイバホ
ルダ１３）と、を備える光電センサにおいて、保護手段
が、その先端部分が複数段の円錐型をなすように形成さ
れ、各円錐部（例えば図５の第１段円錐部ｆ、第２段円
錐部ｇ）の頂角がそれぞれ異なる所定の角度とされてい
ることを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の光電センサは、発光素子
（例えば図１の発光素子１７）から発生する光を導いて
投光する投光手段（例えば図１の投光用光ファイバ１
４）と、投光手段から投光された光の反射光を受光し
て、受光素子（例えば図１の受光素子１８）に導く受光
手段（例えば図１の受光用光ファイバ１５）と、投光手
段と受光手段を覆って保護する、先端部分を円錐型とし
た保護手段（例えば図１のカバー１２）と、投光手段と
受光手段を、その先端が所定の角度で開いた状態に固定
する固定手段（例えば図１のファイバホルダ１３）と、
を備える光電センサにおいて、投光手段と受光手段が、
その先端が交差している（例えば図８に示すように）こ
とを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の光電センサは、発光素子
（例えば図１の発光素子１７）から発生する光を導いて
投光する投光用光ファイバ（例えば図１の投光用光ファ
イバ１４）と、投光用光ファイバから投光された光の反
射光を受光して、受光素子（例えば図１の受光素子１
８）に導く受光用光ファイバ（例えば図１の受光用光フ
ァイバ１５）と、投光用光ファイバと受光用光ファイバ
を覆って保護する、先端部分を円錐型とした保護手段
（例えば図１のカバー１２）と、投光用光ファイバと受
光用光ファイバを、その先端が所定の角度で開いた状態
に固定する固定手段（例えば図１のファイバホルダ１
３）と、を備える光電センサにおいて、投光用光ファイ
バと受光用光ファイバは、その先端部近傍がガラス光フ
ァイバ（例えば図１４の投光用ガラス光ファイバ１４
Ｇ，受光用ガラス光ファイバ１５Ｇ）により構成され、
ガラス光ファイバは、プラスチック光ファイバ（例えば
図１４の投光用プラスチック光ファイバ１４Ｐ，受光用
プラスチック光ファイバ１５Ｐ）に接続されていること
を特徴とする。

【００１０】投光用光ファイバと受光用光ファイバの少
なくとも一方の一部は、バンドルガラス光ファイバ（例
えば図１９の投光用バンドル光ファイバ１４Ｂ）とする
ことができる。また、ガラス光ファイバは、少なくとも
その一部を、螺旋状にひねる（例えば図３０に示すよう
に）ことができる。

【００１１】また、この光電センサには、ガラス光ファ
イバとプラスチック光ファイバの接続部を被覆し、保護
手段にネジ結合されている接続部被覆手段（例えば図２
６のジョイントコネクタ１２２，１２１）をさらに設け
ることができる。

【００１２】保護手段は、先端部（例えば図２６の先端
部１２Ａ）と円柱部（例えば図２６の円柱部１２Ｂ）と
を融着して一体化して形成することができる。また、ガ
ラス光ファイバは、少なくともその一部を、金属スリー
ブ（例えば図１７の金属スリーブ８１）で被覆すること
ができる。さらに、保護手段には、ガス抜きのための孔
（例えば図８の孔３１）を形成することができる。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の光電センサにおいては、投光
用光ファイバ１４と受光用光ファイバ１５を覆って保護
するカバー１２を設け、カバー１２の先端部分の形状を
複数段の円錐型とした。従って、先端部分への液体の付
着を少なくし、光電センサの検出感度を上げることがで
きる。

【００１４】また、請求項２に記載の光電センサにおい
ては、投光用光ファイバ１４と受光用光ファイバ１５と
を、その先端が交差するようにしている。従って、より
小型化が可能となる。

【００１５】請求項３に記載の光電センサにおいては、
先端部近傍にガラス光ファイバが用いられ、このガラス
光ファイバにプラスチック光ファイバが接続されてい
る。従って、安価で、高温環境下での使用が可能となる
ばかりでなく、光ファイバの長さの調節が容易となる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の光電センサを応用した光フ
ァイバ光電センサの一実施例の構成を示す図である。光
ファイバ光電センサの一端には検出ヘッド１１が備えら
れ、検出ヘッド１１は、検出ヘッド１１の全体を覆って
保護するカバー１２と、発光素子１７から発せられる光
を導いて物体（例えば、液体）などに照射する投光用光
ファイバ１４と、投光用光ファイバ１４から照射され、
カバー１２の境界面ｃ，ｄで拡散若しくは反射された光
を受光し、受光素子１８へ導く受光用光ファイバ１５
と、投光用光ファイバ１４および受光用光ファイバ１５
を、その端面ａおよびｅが互いに所定の角度θ₁をなす
ように固定するファイバホルダ１３と、ファイバホルダ
１３をカバー１２に固定するファイバホルダ固定用チュ
ーブ１６より構成されている。

【００１７】また、カバー１２は、その先端部分の頂角
がθ₂の円錐型をなし、投光用光ファイバ１４と受光用
光ファイバ１５を覆って保護するように形成されてい
る。

【００１８】ファイバホルダ固定用チューブ１６は、例
えばフッソ系樹脂を用いて形成され、カバー１２と接着
してカバー１２を２重のチューブ構造とし、さらにファ
イバホルダ１３とも接着して、ファイバホルダ１３をカ
バー１２に固定し、検出ヘッド１１の強度を高めるよう
になされている。

【００１９】次に、この光ファイバ光電センサが液体外
（空中）にある場合の動作を説明する。ここで、カバー
１２を構成する物質（例えば、透光性フッソ系樹脂）の
屈折率は、空気の屈折率より大きいものとする。まず、
発光素子１７から発せられた光は、投光用光ファイバ１
４に導かれて端面ａより放射される。放射された光は、
図１の実線ｂで示した光路を通り、カバー１２の境界面
ｃで拡散若しくは反射され、さらにカバー１２の境界面
ｄで拡散若しくは反射されて、受光用光ファイバ１５の
端面ｅに入射する。

【００２０】受光用光ファイバ１５の端面ｅに入射した
光は、受光用光ファイバ１５に導かれて、受光素子１８
に照射され、受光素子１８に照射された光の光量が検出
器１９により検出される。この受光素子１８の出力が検
出器１９に供給される。

【００２１】ここで、受光素子１８に照射される光の光
量が最大となるように、検出ヘッド１１のカバー１２の
先端部分の頂角θ₂と、投光用光ファイバ１４および受
光用光ファイバ１５の端面ａおよびｅのなす角度θ₁を
決め、これに従って、検出ヘッド１１を形成するように
なされている。

【００２２】このとき、投光用光ファイバ１４から照射
された光が、受光用光ファイバ１５に直接入射すること
がないように、投光用光ファイバ１４および受光用光フ
ァイバ１５の端面ａおよびｅのなす角度θ₁を、２０゜
乃至８０゜とすることができる。この点については、図
２乃至図４を参照して後に詳述する。

【００２３】また、検出ヘッド１１の先端部分の形状を
円錐型としたので、検出ヘッド１１の先端部分の直径
を、従来の液面検出センサの球部５（図３１）の直径よ
り小さくすることができ、先端部分に付着して残る液体
の量を減少させることができる。

【００２４】一方、この光ファイバ光電センサの検出ヘ
ッド１１を液体中に沈めると、液体の屈折率は、空気の
屈折率より大きいため（カバー１２の屈折率に近いた
め）、検出ヘッド１１のカバー１２の先端部分の境界面
ｃ，ｄより光が外部（液体中）へ透過する量が多くな
る。その結果、受光素子１８に入射される光の光量が、
検出ヘッド１１が液体外にある場合と比較して減少す
る。

【００２５】このように、検出ヘッド１１の先端部分に
接触する物体の屈折率の違いによって、受光素子１８に
入射される光の光量が変化する。従って、受光素子１８
に入射される光の光量の変化を検出器１９で検出して、
光ファイバ光電センサを、例えば液面を検出する液面検
出センサとして用いることができる。

【００２６】また、前述したように光ファイバ光電セン
サの検出ヘッド１１は、そのカバー１２の先端部分が円
錐型をなすように形成されているため、それを一旦液体
中に完全に沈めてから引き上げたときに、カバー１２の
先端部分に付着して残る液体の量が、従来の液面検出セ
ンサの先端部の球部５に付着して残る液体の量に比べて
少なく、従って、より感度の良い液面検出センサを実現
することができる。

【００２７】次に、上述したカバー１２の先端の円錐部
の頂角θ₂と、投光用光ファイバ１４と受光用光ファイ
バ１５の先端部の角度θ₁との関係について、さらに説
明する。

【００２８】検出ヘッド１１は、例えば図２に示すよう
に、液槽２１に取付治具２２を介して取り付けられる。
そして、液槽２１内の液面の位置を検出するのに用いら
れる。この検出する液面が液槽２１の底面２３に近いと
き、即ち、例えば検出ヘッド１１が液槽２１内の液体が
実質的に空になったことを検出するものであるとき、検
出ヘッド１１は、底面２３に近い位置に取り付けられ
る。

【００２９】この場合、図３に示すように、頂角θ₂と
角度θ₁が適切な値に設定されていないと、投光用光フ
ァイバ１４より照射された光が底面２３で形成する領域
Ｓ₁と、受光用光ファイバ１５が検出可能な範囲に対応
する領域Ｓ₂とが、その一部が重なることになる。この
ような場合、投光用光ファイバ１４より出射された光の
うち、この重なる領域の光は、底面２３で反射され、受
光用光ファイバ１５で検出されることになる。その光量
が大きければ大きいほど、Ｓ／Ｎが悪化することにな
る。

【００３０】そこで、図４に示すように、領域Ｓ₁と領
域Ｓ₂が相互に重ならないように、頂角θ₂と角度θ₁を
設定する。このようにすれば、投光用光ファイバ１４よ
り出射された光が底面２３で反射され、その反射光が受
光用光ファイバ１５に直接入射されることがなくなるた
め、Ｓ／Ｎが改善される。

【００３１】図５は、本発明の光ファイバ光電センサの
他の実施例の構造を示す図である。この実施例において
は、検出ヘッド１１のカバー１２の先端部が２段の円錐
型をなすように形成されている。第１段円錐部ｆの頂角
θ₃を、例えば４０゜乃至８０゜とし、第２段円錐部ｇ
の頂角θ₄を、例えば１０゜乃至４０゜とすることがで
きる。このとき、第１段円錐部ｆの表面粗さＲ_maxをＲ₁
とし、第２段円錐部ｇの表面粗さＲ_maxをＲ₂としたと
き、Ｒ₁がＲ₂より大きくなるように、Ｒ₁を例えば３μ
ｍ乃至２０μｍとし、Ｒ₂を例えば０．８μｍとするこ
とができる。

【００３２】ここで、表面粗さＲ_maxは、表面の凹凸の
山の部分と谷の部分の差の最大値を表しており、表面粗
さＲ_maxが小さいほど、滑りが良く、液体の切れも良
い。

【００３３】このように、カバー１２の形状を２段の円
錐型にすることで、検出ヘッド１１の先端部分の表面に
付着して残る液体の量を、図１に示した先端部分が１段
の円錐型をなした検出ヘッド１１、および図３１に示し
た従来の液面検出センサの先端部分の球部５と比較して
さらに減少させることができる。従って、検出感度をさ
らに高くすることができる。

【００３４】図６は、図１（１段の円錐部）と図５（２
段の円錐部）に示した形状の検出ヘッド１１を有する光
ファイバ光電センサを用いて、それを液体中に完全に沈
めた後、引き上げるという動作を繰り返した場合の、受
光素子１８に入射される光の光量の変化を示す図であ
る。ここで、縦軸（ｙ軸）は、反射光量の変化量（受光
素子１８に入射される光の光量の変化量）を示し、横軸
（ｘ軸）は、検出ヘッド１１が液体中に沈んだ距離（沈
下距離）を表している。

【００３５】縦軸で表される反射光量の変化量は、空気
中における反射光量に対する測定値の比の対数値から導
かれ、その単位はデシベル（ｄＢ）である。即ち、空気
中の反射光量をＫ₁とし、所定の沈下距離における反射
光量の測定値をＫ₂とすると、反射光量の変化量は次の
式で表される。反射光量の変化量＝１０×ｌｏｇ₁₀（Ｋ₂／Ｋ₁）また、横軸の単位はｍｍである。

【００３６】図６の実線で表された曲線Ａ₁，Ｂ₁は、図
５に示した２段の円錐型をなしたカバー１２を有する検
出ヘッド１１を用いて、それを液体中に完全に沈めた
後、引き上げるという動作を行った場合の、反射光量の
変化量と沈下距離との関係を示している。ここでは、こ
の検出ヘッド１１を液体中に完全に沈めた後、引き上げ
るという動作を所定の回数だけ繰り返し、反射光量の変
化量に対する沈下距離の分布を求めてその平均値をｘｙ
座標軸上にプロットすることにより、曲線Ａ₁またはＢ₁
を得ている。

【００３７】図６の曲線Ａ₁は、検出ヘッド１１を液面
上から液体中に沈めるときの反射光量の変化量と沈下距
離との関係を示している。尚、検出ヘッド１１は、繰り
返し液体中に沈められているため、液面上にあってもカ
バー１２の先端部には少量の液体が付着しており、従っ
て、沈下距離が０ｍｍの場合でも、反射光量の変化量は
０ｄＢとはならず、所定の値−δ₁（マイナス値）を示
す。

【００３８】また、曲線Ｂ₁は、検出ヘッド１１を液体
中から液面上に引き上げるときの反射光量の変化量と沈
下距離との関係を示している。検出ヘッド１１が液面上
に引き上げられても、カバー１２の先端部には液体が少
量付着して残っているため、沈下距離が０ｍｍの場合で
も、反射光量の変化量は０ｄＢとはならず、所定の値−
δ₁（マイナス値）をとる。

【００３９】ここで、検出ヘッド１１が液面上にあると
きの反射光量の変化量と、検出ヘッド１１が完全に液体
中に没したときの反射光量の変化量との差は、Ｓ／Ｎ比
として表すことができる（図６の（Ｓ／Ｎ）₁）。

【００４０】また、図６に示すように、曲線Ａ₁と曲線
Ｂ₁とは互いにｘ軸方向にずれる。ここで、検出ヘッド
１１が液面上にある場合（沈下距離が０ｍｍの場合）の
反射光量の変化量−δ₁と、検出ヘッド１１が完全に液
体中にある場合（沈下距離がＳ₁ｍｍより大きい場合）
の反射光量の変化量Ｑとの加重平均（Ｐ₁）を求めて、
反射光量の変化量がＰ₁のときの曲線Ａ₁における沈下距
離と、曲線Ｂ₁における沈下距離との差（ΔＬ₁）を応差
距離とすると、応差距離は、光ファイバ光電センサの液
面検出時の感度を表す指標とすることができる。

【００４１】図６の破線で表された曲線Ａ₂，Ｂ₂は、図
１に示した１段の円錐型をなしたカバー１２を有する検
出ヘッド１１を用いて、それを液体中に完全に沈めた
後、引き上げた場合の、反射光量の変化量と沈下距離と
の関係を示している。ここでも、検出ヘッド１１を液体
中に完全に沈めた後、引き上げるという動作を所定の回
数だけ繰り返し、曲線Ａ₁，Ｂ₁の場合と同様に、反射光
量の変化量に対する沈下距離の分布を求めてその平均値
をｘｙ座標軸上にプロットすることにより、曲線Ａ₂ま
たはＢ₂を得ている。

【００４２】図６の曲線Ａ₂は、曲線Ａ₁の場合と同様
に、検出ヘッド１１を液面上から液体中に沈めるときの
反射光量の変化量と沈下距離との関係を示しており、曲
線Ａ₁の場合と同様の理由で沈下距離が０ｍｍの場合で
も、反射光量の変化量は０ｄＢとはならず、所定の値−
δ₂（マイナス値）を示す。

【００４３】また、曲線Ｂ₂は、曲線Ｂ₁の場合と同様に
検出ヘッド１１を液体中から液面上に引き上げるときの
反射光量の変化量と沈下距離との関係を示しており、曲
線Ｂ₁の場合と同様の理由で沈下距離が０ｍｍの場合で
も、反射光量の変化量は０ｄＢとはならず、所定の値−
δ₂（マイナス値）を示す。

【００４４】ここでも、検出ヘッド１１が液面上にある
ときの反射光量の変化量と、検出ヘッド１１が完全に液
体中に没したときの反射光量の変化量との差はＳ／Ｎ比
として表すことができる（図６の（Ｓ／Ｎ）₂）。

【００４５】また、図６に示した曲線Ａ₂と曲線Ｂ₂と
は、曲線Ａ₁と曲線Ｂ₁の場合と同様に、互いにｘ軸方向
にずれる。従って、ここでも、検出ヘッド１１が液面上
にある場合（沈下距離が０ｍｍの場合）の反射光量の変
化量−δ₂と、検出ヘッド１１が完全に液体中にある場
合（沈下距離がＳ₂ｍｍより大きい場合）の反射光量の
変化量Ｑとの加重平均（Ｐ₂）を求めて、反射光量の変
化量がＰ₂のときの曲線Ａ₂における沈下距離と、曲線Ｂ
₂における沈下距離との差（ΔＬ₂）を応差距離とし、そ
れを、光ファイバ光電センサの液面検出時の感度を表す
指標とすることができる。

【００４６】図６に示した、２段の円錐型をなしたカバ
ー１２を有する検出ヘッド１１の応差距離ΔＬ₁と、１
段の円錐型をなしたカバー１２を有する検出ヘッド１１
の応差距離ΔＬ₂とを比較すると、応差距離ΔＬ₁の方が
応差距離ΔＬ₂より小さいことがわかる。即ち、２段の
円錐型をなしたカバー１２を有する検出ヘッド１１の方
が、１段の円錐型をなしたカバー１２を有する検出ヘッ
ド１１よりも、検出ヘッド１１を液面上から液体中に沈
めた場合と、検出ヘッド１１を液体中から液面上に引き
上げた場合の所定の反射光量の変化量に対する沈下距離
の誤差が小さいことがわかる。

【００４７】従って、２段の円錐型をなしたカバー１２
を有する検出ヘッド１１を用いた方が、１段の円錐型を
なしたカバー１２を有する検出ヘッド１１を用いるより
も、検出感度を良くすることができる。

【００４８】また、図６のｘ軸の下部に示したグラフ
は、反射光量の変化量がＰ₁またはＰ₂ のときの検出ヘッ
ド１１の沈下距離の分布を表している。Ｔ₁およびＴ
₂は、２段の円錐型をなしたカバー１２を有する検出ヘ
ッド１１を用いた場合の沈下距離のばらつきを表し、Ｔ
₃およびＴ₄は１段の円錐型をなしたカバー１２を有する
検出ヘッド１１を用いた場合の沈下距離のばらつきを表
している。

【００４９】この沈下距離の分布を表すグラフから、２
段の円錐型をなしたカバー１２を有する検出ヘッド１１
の方が、１段の円錐型をなしたカバー１２を有する検出
ヘッド１１より、反射光量の変化量に対する沈下距離の
ばらつきが小さいことがわかる（Ｔ₁＜Ｔ₃，Ｔ₂＜
Ｔ₄）。従って、２段の円錐型をなしたカバー１２を有
する検出ヘッド１１を用いた方が、１段の円錐型をなし
たカバー１２を有する検出ヘッド１１を用いるよりも、
繰り返し精度を高めることができる。

【００５０】また、２段の円錐型をなしたカバー１２を
有する検出ヘッド１１の沈下距離が０ｍｍのときの反射
光量の変化量δ₁は、１段の円錐型をなしたカバー１２
を有する検出ヘッド１１の沈下距離が０ｍｍでの反射光
量の変化量δ₂よりも小さくなるため、２段の円錐型を
なしたカバー１２を有する検出ヘッド１１のＳ／Ｎ比の
方が、１段の円錐型をなしたカバー１２を有する検出ヘ
ッド１１のＳ／Ｎ比より大きくなる。従って、２段の円
錐型をなしたカバー１２を有する検出ヘッド１１を用い
た方が、１段の円錐型をなしたカバー１２を有する検出
ヘッド１１を用いるより、検出感度を良くすることがで
きる。

【００５１】また、図１に示した、ファイバホルダ１３
とカバー１２とを固定するファイバホルダ固定用チュー
ブ１６の代わりに、図７に示すように、ファイバホルダ
固定用耐熱性樹脂２１をカバー１２と光ファイバ１４，
１５との間に充填することにより、ファイバホルダ１３
をカバー１２に固定することができる。このような構造
にすることで、ファイバホルダ１３をより強くカバー１
２に固定することができ、検出ヘッド１１の強度を高め
ることができる。

【００５２】尚、図５に示した検出ヘッド１１の先端部
分の円錐部の段数を３段以上の複数段とすることもでき
る。

【００５３】図８は、検出ヘッド１１の他の実施例を表
している。この実施例においては、カバー１２の後方端
面にガス抜き用の孔３１が形成されている。また、投光
用光ファイバ１４と受光用光ファイバ１５の先端が、相
互に交差した後、所定の角度θ₁で開くように配置され
ている。

【００５４】検出ヘッド１１は、高温環境下で用いられ
ることがある。このような場合、カバー１２を密閉に近
い状態で形成すると、高温の液体槽に配置された場合、
カバー１２内の圧力が高まり、投光用光ファイバ１４や
受光用光ファイバ１５の取付位置がずれたり、最悪の場
合、検出ヘッド１１が破壊される恐れがある。

【００５５】これに対して、図８に示すように、孔３１
を設けておけば、カバー１２内の気圧が高くなると、内
部の空気が孔３１を介して外部に放出されるため、カバ
ー１２内の気圧は常に外部の気圧と同一の値となる。こ
れにより、位置ずれや破損が防止される。

【００５６】また、カバー１２は、図９（ａ）に示すよ
うに、先端部１２Ａと円柱部１２Ｂとに区分して形成さ
れる。これは、円柱部１２Ｂは、通常、例えば２ｍの長
さを有しており、先端部１２Ａと一体的に成形すること
は技術的に困難であるからである。そこで、比較的精度
の要する先端部Ａを所定の型で精密に成形するととも
に、円柱部１２Ｂを比較的ラフに成形する。そして、両
者の端面を熱融着し、図９（ｂ）に示すように一体化す
る。

【００５７】このような熱融着を行って接合した熱融着
部１２Ｃには、熱融着が適正に行われないと、ピンホー
ルなどの微小な孔が形成される場合がある。このような
ピンホールが形成されると、液体がカバー１２の内部に
侵入し、内部を腐食させたり、劣化させることになる。

【００５８】そこで、図１０に示すように、空気注入用
ボンベ４１を、検出ヘッド１１のガス抜き用の孔３１に
接続し、カバー１２の内部に所定の圧力の空気を注入す
る。そして、検出ヘッド１１を水槽４２内に溜められた
水４３の内部に沈める。熱融着部１２Ｃにピンホールが
ある場合、そこから空気が外部に出てくるため、これが
水４３中において泡となって観察される。従って、ピン
ホールの有無を、簡単かつ確実に、また低コストで検査
することができる。

【００５９】また、図８の実施例に示すように、投光用
光ファイバ１４の端面ａおよび受光用光ファイバ１５の
端面ｅと、カバー１２の内側の端面ｈとの間に隙間があ
ると、光がそこで反射する可能性が多くなる。そこで図
１１に示すように、略同一の屈折率の耐熱性樹脂５５を
ファイバホルダ１３とカバー１２の間に充填し、これら
を一体化することができる。

【００６０】このようにすれば、端面ｈにおける反射を
軽減することができると同時に、高温下で使用された場
合において、投光用光ファイバ１４と受光用光ファイバ
１５が熱で劣化することを抑制することができる。

【００６１】また、図８の実施例においては、投光用光
ファイバ１４と受光用光ファイバ１５が一旦交差した
後、角度θ₁で広がるようになされている。このよう
に、光ファイバ１４と１５を交差するように配置する
と、図１に示したように交差させずに、所定の角度θ₁
で広がるように配置する場合に比べて、光ファイバ１
４，１５とカバー１２（ファイバホルダ１３）との距離
Ｌを小さくすることが可能となる。換言すれば、それだ
けカバー１２の径を細くすることが可能となる。

【００６２】このように、投光用光ファイバ１４と受光
用光ファイバ１５を交差して配置する場合、カバー１２
の径を細くしても、これらを無理なく所定の角度で配置
することが可能となる。その結果、図１２および図１３
に示すように、両者を固定するためのファイバホルダ１
３の先端部を、別体のファイバ固定用ブロック５１と
し、そこに、投光用光ファイバ１４と受光用光ファイバ
１５を結合するようにすることができる。このファイバ
固定用ブロック５１の径は、上述したように、小さくて
よいことになる。

【００６３】図１４は、さらに他の実施例を表してい
る。この実施例においては、投光用光ファイバ１４が、
その先端部近傍（検出ヘッド１１側）においては、投光
用ガラス光ファイバ１４Ｇで構成され、この投光用ガラ
ス光ファイバ１４Ｇに、コネクタ６１を用いて、投光用
プラスチック光ファイバ１４Ｐが接続される構成となさ
れている。また、同様に、検出ヘッド１１の近傍の受光
用光ファイバ１５が、受光用ガラス光ファイバ１５Ｇで
構成され、この受光用ガラス光ファイバ１５Ｇにコネク
タ６２を用いて、受光用プラスチック光ファイバ１５Ｐ
が接続されている。

【００６４】このように、検出ヘッド１１側の光ファイ
バを、ガラスを素材とする光ファイバで構成することに
より、より耐熱性に優れた光ファイバを用いることが可
能となるため、高温下での使用が可能になる。

【００６５】また、発光素子１７からの光を検出ヘッド
１１に案内するとともに、検出ヘッド１１からの光を受
光素子１８に案内する部分における光ファイバとして、
より弾力性に富み、比較的自由な状態に配置することが
可能なプラスチック光ファイバを用いることで、その長
さを容易に調節することが可能となる。また、全部をガ
ラス光ファイバで構成する場合に比べて、コストを低減
することが可能となる。

【００６６】図１５と図１６は、コネクタ６１（コネク
タ６２）における投光用ガラス光ファイバ１４Ｇと投光
用プラスチック光ファイバ１４Ｐとの接続の、より詳細
な構成を示している。これらの図に示すように、投光用
プラスチック光ファイバの外皮１４ＰＣの一部を除去
し、投光用プラスチック光ファイバの芯１４ＰＡ（クラ
ッドとコアの部分）を露出させる。そして、それを、ス
テンレスなどの金属よりなるセンタ止め金７２に挿通す
る。同様に、投光用ガラス光ファイバの外皮１４ＧＣの
一部を除去し、投光用ガラス光ファイバの芯１４ＧＡ
（クラッドとコアの部分）を露出させる。そして、それ
を、ステンレスなどの金属よりなるセンタ止め金７１に
挿通する。

【００６７】投光用ガラス光ファイバの芯１４ＧＡをセ
ンタ止め金７１に挿通すると、図１６に示すように、投
光用ガラス光ファイバの芯１４ＧＡの先端がセンタ止め
金７１の端部から突出するようになるため、これを光学
研磨し、その端面を調整する。このことは、投光用プラ
スチック光ファイバ１４Ｐを挿通したセンタ止め金７２
においても同様である。

【００６８】このようにして、端面を光学研磨したセン
タ止め金７１と７２を、やはりステンレスなどの金属よ
りなるセンタコネクタ７３の内部に挿通し、両者の光学
研磨した端面同士を接合する。

【００６９】このような接合は、コネクタ６２側におい
ても同様に行われる。

【００７０】このようにして、接合部を強固な金属で被
覆することで、取扱い時にテンションやショックが加え
られたとき、接合部の端面が離間したり、軸がずれたり
することが抑制される。

【００７１】図１７は、さらに他の実施例を表してい
る。この実施例においては、コネクタ６１，６２より後
方のプラスチックで構成されている投光用および受光用
プラスチック光ファイバ１４Ｐ，１５Ｐはそのまま露出
されているが、コネクタ６１，６２と検出ヘッド１１の
間のガラスで構成されている投光用および受光用ガラス
光ファイバ１４Ｇ，１５Ｇは、その外周が金属スリーブ
８１Ａ，８１Ｂで被覆されている。このように、金属ス
リーブ８１Ａ，８１Ｂで被覆することで、ガラス光ファ
イバの強度をより向上させることができる。

【００７２】これにより、図１８に示すように、光ファ
イバを全て金属スリーブ８１Ａ，８１Ｂで被覆する場合
に比べて、より低コスト化することが可能となるばかり
でなく、光ファイバの長さを任意の長さにカットして用
いることが容易となる。また、曲がりにくい金属スリー
ブ８１Ａ，８１Ｂで全体を覆う場合に比べて、光ファイ
バをより自由な位置に配置することが可能となる。

【００７３】図１９は、さらに他の実施例を表してい
る。この実施例においては、検出ヘッド１１の投光用光
ファイバ１４と受光用光ファイバ１５のうち、一方（こ
の実施例においては、投光用光ファイバ１４）が、直径
の細い（例えば５０μｍ）ガラス光ファイバを数１００
本（例えば３１０本）ランダムに束ねた、投光用バンド
ルガラス光ファイバ１４Ｂにより構成されている。これ
に対して、受光用光ファイバ１５は、単芯の受光用ガラ
ス光ファイバ１５Ｇが用いられている。

【００７４】検出ヘッド１１に対して投光する光を発生
する発光素子１７、これを駆動する発光素子駆動回路９
１、検出ヘッド１１からの光を受光する受光素子１８、
並びに受光素子１８の出力を検出する検出器１９からな
る回路部１０１は、検出ヘッド１１に対して着脱自在の
構成とされることが多い。

【００７５】例えば、投光用光ファイバ１４として、単
芯の光ファイバを用いると、図２０に示すように、発光
素子１７と投光用光ファイバ１４との間の相対的取付位
置が、取付の度に変化するため、発光素子１７から光フ
ァイバ１４へ投光される光のプロファイルが取付位置に
対応して変化する。その結果、光ファイバ１４から出射
される光のプロファイルも、取付位置に対応して変化す
る。このように、発光プロファイルが変化すると、検出
器１９で検出する光量も変化するため、安定した検出動
作が困難になる。

【００７６】これに対して、図２１に示すように、例え
ば投光用光ファイバ１４として、投光用バンドルガラス
光ファイバ１４Ｂを用いると、光ファイバ１４Ｂに対す
る発光素子１７の取付位置が変化し、光ファイバ１４Ｂ
に入射される光のプロファイルが、取付位置に対応して
変化したとしても、例えば直径が５０μｍのガラス光フ
ァイバ３１０本を束ねた、投光用バンドルガラス光ファ
イバ１４Ｂの出射光プロファイルは、取付位置に拘ら
ず、ほぼ均一となる。これは、バンドル光ファイバが、
複数の光ファイバを規則正しく束ねたものではなく、ラ
ンダムに束ねたものであるためである。

【００７７】図１９の実施例においては、投光用光ファ
イバのみをバンドルガラス光ファイバで構成するように
したが、図２２に示すように、受光用光ファイバ１５
も、受光用バンドルガラス光ファイバ１５Ｂで構成する
ことが可能である。このようにすれば、受光素子１８と
受光用バンドルガラス光ファイバ１５Ｂとの取付位置が
相対的に変化したとしても、比較的安定した光量を受光
することができる。

【００７８】図２３は、さらに他の実施例を表してい
る。この実施例においては、コネクタ６１，６２と検出
ヘッド１１の間は、投光用バンドル光ファイバ１４Ｂと
受光用バンドル光ファイバ１５Ｂで構成されているが、
コネクタ６１，６２より後方は、単芯の投光用プラスチ
ック光ファイバ１４Ｐと受光用プラスチック光ファイバ
１５Ｐで構成されている。

【００７９】図２３の実施例においては、図１の実施例
における場合と同様に、投光用バンドル光ファイバ１４
Ｂと受光用バンドル光ファイバ１５Ｂの先端が単純に開
くように配置されているが、図２４と図２５に示すよう
に、図８に示した実施例における場合と同様に、両者が
一旦交差した後、所定の角度で開くように配置すること
もできる。この場合、各バンドル光ファイバ１４Ｂ，１
５Ｂの先端は接着剤で固められ、ファイバ固定用ブロッ
ク５１の孔に挿入される。

【００８０】バンドル光ファイバは、１本１本が細いた
め、容易に所定の角度で曲げることが可能となる。ま
た、このとき発生する応力も小さいため、その先端を固
定するファイバ固定用ブロック５１も、単芯の光ファイ
バを固定する場合に比べて、より薄型化することが可能
である。

【００８１】図２６と図２７は、検出ヘッド１１側をバ
ンドル光ファイバ１４Ｂ，１５Ｂで構成し、その後方を
プラスチック光ファイバ１４Ｐ，１５Ｐで構成した場合
のより具体的な構成例を示している。この実施例におい
ては、カバー１２の先端が第１段円錐部ｆと第２段円錐
部ｇの２つの円錐部により構成されている。そして、投
光用バンドルガラス光ファイバ１４Ｂと受光用バンドル
ガラス光ファイバ１５Ｂは交差した後、所定の角度で開
くように、ファイバ固定用ブロック５１に固定されてい
る。

【００８２】また、カバー１２は、先端部１２Ａと円柱
部１２Ｂとに区分されており、両者は熱融着部１２Ｃで
熱融着されている。

【００８３】投光用バンドルガラス光ファイバ１４Ｂ
（外皮を有していない）は、その先端が束ねられ、接着
剤で固められた後、センタ止め金７１Ａに挿通されてい
る。また、受光用バンドルガラス光ファイバ１５Ｂ（外
皮を有していない）は、その先端が束ねられ、接着剤で
固められた後、センタ止め金７１Ｂに挿通されている。
同様に、投光用プラスチック光ファイバ１４Ｐの外皮１
４ＰＣの一部が除去され、露出した芯１４ＰＡがセンタ
止め金７２Ａに挿通されている。また、受光用プラスチ
ック光ファイバ１５Ｐの外皮１５ＰＣの一部が除去さ
れ、芯１５ＰＡが露出されている。そして、この芯１５
ＰＡがセンタ止め金７２Ｂに挿通されている。センタ止
め金７１Ａと７２Ａは、センタコネクタ７３Ａ内に挿通
され、両者が接続されている。また、センタ止め金７１
Ｂと７２Ｂは、センタコネクタ７３Ｂに挿通され、接合
されている。

【００８４】投光用プラスチック光ファイバ１４Ｐと受
光用プラスチック光ファイバ１５Ｐは、ジョイントコネ
クタ１２３に固定され、このジョイントコネクタ１２３
が、ジョイントコネクタ１２２に接着されている。そし
て、このジョイントコネクタ１２２の先端が、ジョイン
トコネクタ１２１の大径部に接着されている。そしてジ
ョイントコネクタ１２１のネジ部１２１Ａが、カバー１
２のネジ部１２Ａに螺合されている。ジョイントコネク
タ１２１，１２２，１２３は、例えばステンレスなどの
金属で形成されている。

【００８５】図２８は、図２６と図２７に示す実施例の
組立工程を表している。最初にステップＳ１において、
ジョイントコネクタ１２３をプラスチック光ファイバの
外皮１４ＰＣ，１５ＰＣの先端に接着する。

【００８６】次にステップＳ２において、プラスチック
光ファイバの芯１４ＰＡ，１５ＰＡをセンタ止め金７２
Ａ，７２Ｂに挿通接着し、さらにその先端を光学研磨す
る。

【００８７】また、ステップＳ３においては、バンドル
ガラス光ファイバ１４Ｂ，１５Ｂをセンタ止め金７１
Ａ，７１Ｂに挿通接着し、さらにその先端を光学研磨す
る。

【００８８】次にステップＳ４において、先端を光学研
磨したセンタ止め金７２Ａ，７２Ｂと７１Ａ，７１Ｂ
を、それぞれセンタコネクタ７３Ａと７３Ｂに挿通し、
接着する。

【００８９】次にステップＳ５において、バンドルガラ
ス光ファイバ１４Ｂ，１５Ｂの先端（他端）をジョイン
トコネクタ１２２，１２１、円柱部１２Ｂ、ファイバホ
ルダ１３に順次挿通し、先端にファイバ固定用ブロック
５１を接着する。

【００９０】次にステップＳ６において、カバー１２の
先端部１２Ａの内部にファイバ固定用ブロック５１を挿
通し、さらにファイバホルダ１３を挿通し、外周から加
圧、圧縮するとともに、加熱し、それらを結合させる。

【００９１】次にステップＳ７において、カバー１２の
先端部１２Ａと円柱部１２Ｂとを熱融着部１２Ｃにおい
て熱融着する。

【００９２】また、ステップＳ８においては、ジョイン
トコネクタ１２３をジョイントコネクタ１２２に接着す
る。

【００９３】さらにステップＳ９において、ジョイント
コネクタ１２２をジョイントコネクタ１２１に接着す
る。

【００９４】またステップＳ１０においては、ジョイン
トコネクタ１２１のネジ部１２１Ａを、カバー１２のネ
ジ部１２Ａに回転させながらねじ込む。

【００９５】このように、ジョイントコネクタ１２２に
ジョイントコネクタ１２３を介して光ファイバを固定し
た状態において、ジョイントコネクタ１２２が固定され
ているジョイントコネクタ１２１をカバー１２にネジ結
合することで、図３０に誇張して示すように、バンドル
ガラス光ファイバ１４Ｂ，１５Ｂを螺旋状にねじること
ができる。このように、バンドルガラス光ファイバ１４
Ｂ，１５Ｂを螺旋状にねじって配置することで、例えば
この光電センサを高温下で使用し、カバー１２が軸方向
に（図３０において左右方向に）伸長したような場合、
バンドルガラス光ファイバ１４Ｂ，１５Ｂに対して余分
なテンションを与えないようにすることができる。

【００９６】これに対して、例えば、このような螺旋状
にねじって配置しない構成にしておくと、カバー１２が
軸方向に伸長したような場合に、バンドルガラス光ファ
イバ１４Ｂ，１５Ｂがテンションを受けて断線してしま
う恐れがある。本実施例においては、このような断線を
防止することができる。

【００９７】

【発明の効果】以上の如く請求項１に記載の光電センサ
によれば、保護手段の先端部分を複数段の円錐型をなす
ように形成したので、先端部への液体などの付着を抑制
し、正確な検出動作が可能となる。

【００９８】請求項２に記載の光電センサによれば、投
光手段と受光手段を、その先端が交差するようにしたの
で、より小型化が可能となる。

【００９９】さらに、請求項３に記載の光電センサによ
れば、先端部近傍をガラス光ファイバで構成し、後方に
プラスチック光ファイバを接続するようにしたので、よ
り低コストで耐熱性に優れ、取扱いが容易で、任意の大
きさの光電センサを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光電センサの一実施例の構成を示す断
面図である。

【図２】本発明の光電センサの取付状態を説明する図で
ある。

【図３】図１の実施例の頂角θ₂と角度θ₁が適切でない
状態を説明する図である。

【図４】図１の実施例の頂角θ₂と角度θ₁が適切である
状態を説明する図である。

【図５】カバー１２の他の構成例を示す図である。

【図６】図１と図５の実施例の特性を説明する図であ
る。

【図７】本発明の光電センサの他の実施例の構成を示す
断面図である。

【図８】本発明の光電センサの他の実施例の構成を示す
断面図である。

【図９】カバー１２の組立を説明する図である。

【図１０】カバー１２の熱融着部の検査方法を説明する
図である。

【図１１】本発明の光電センサの他の実施例の構成を示
す断面図である。

【図１２】本発明の光電センサのさらに他の実施例の構
成を示す図である。

【図１３】図１２に示す実施例の一部の構成を示す斜視
図である。

【図１４】本発明の光電センサの他の実施例の構成を示
す断面図である。

【図１５】図１４の実施例におけるコネクタ６１の詳細
な構成を示す斜視図である。

【図１６】図１５の実施例におけるセンタ止め金と投光
用ガラス光ファイバ芯との接合状態を説明する斜視図で
ある。

【図１７】本発明の光電センサの他の構成例を示す断面
図である。

【図１８】図１７と比較される構成を示す図である。

【図１９】本発明の光電センサのさらに他の実施例の構
成を示す図である。

【図２０】単芯の光ファイバの特性を説明する図であ
る。

【図２１】バンドル光ファイバの特性を説明する図であ
る。

【図２２】本発明の光電センサの他の実施例の構成を示
す図である。

【図２３】本発明の光電センサの他の実施例の構成を示
す図である。

【図２４】本発明の光電センサの他の実施例の構成を示
す図である。

【図２５】図２４の実施例の一部の構成を示す斜視図で
ある。

【図２６】本発明の光電センサのさらに具体的な構成を
示す断面図である。

【図２７】図２６の実施例の正面の構成を示す図であ
る。

【図２８】図２６と図２７に示す実施例の組立構成を説
明するフローチャートである。

【図２９】図２８に続くフローチャートである。

【図３０】図２６に示す実施例の内部のより詳細な構成
を示す図である。

【図３１】従来の液面検出センサの一例の構成を示す断
面図である。

【符号の説明】

１コア２クラッド３，４光ファイバ５球部１１検出ヘッド１２カバー１２Ａ先端部１２Ｂ円柱部１３ファイバホルダ１４投光用光ファイバ１４Ｇ投光用ガラス光ファイバ１４Ｐ投光用プラスチック光ファイバ１５受光用光ファイバ１５Ｇ受光用ガラス光ファイバ１５Ｐ受光用プラスチック光ファイバ１６ファイバホルダ固定用チューブ１７発光素子１８受光素子２１液槽２３底面３１孔４１空気注入用ボンベ５１ファイバ固定用ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村新京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内 (72)発明者高倉毅京都府京都市右京区花園土堂町10番地オムロン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子から発生する光を導いて投光す
る投光手段と、前記投光手段から投光された光の反射光を受光して、受
光素子に導く受光手段と、前記投光手段と受光手段を覆って保護する、先端部分を
円錐型とした保護手段と、前記投光手段と受光手段を、その先端が所定の角度で開
いた状態に固定する固定手段と、を備える光電センサにおいて、前記保護手段は、その先端部分が複数段の円錐型をなす
ように形成され、各円錐部の頂角がそれぞれ異なる所定
の角度とされていることを特徴とする光電センサ。
【請求項２】発光素子から発生する光を導いて投光す
る投光手段と、前記投光手段から投光された光の反射光を受光して、受
光素子に導く受光手段と、前記投光手段と受光手段を覆って保護する、先端部分を
円錐型とした保護手段と、前記投光手段と受光手段を、その先端が所定の角度で開
いた状態に固定する固定手段と、を備える光電センサにおいて、前記投光手段と受光手段は、その先端が交差しているこ
とを特徴とする光電センサ。
【請求項３】発光素子から発生する光を導いて投光す
る投光用光ファイバと、前記投光用光ファイバから投光された光の反射光を受光
して、受光素子に導く受光用光ファイバと、前記投光用光ファイバと受光用光ファイバを覆って保護
する、先端部分を円錐型とした保護手段と、前記投光用光ファイバと受光用光ファイバを、その先端
が所定の角度で開いた状態に固定する固定手段と、を備える光電センサにおいて、前記投光用光ファイバと受光用光ファイバは、その先端
部近傍がガラス光ファイバにより構成され、前記ガラス光ファイバは、プラスチック光ファイバに接
続されていることを特徴とする光電センサ。
【請求項４】前記投光用光ファイバと受光用光ファイ
バの少なくとも一方の一部は、バンドルガラス光ファイ
バであることを特徴とする請求項３に記載の光電セン
サ。
【請求項５】前記ガラス光ファイバは、少なくともそ
の一部が、螺旋状にひねられていることを特徴とする請
求項３または４に記載の光電センサ。
【請求項６】前記ガラス光ファイバとプラスチック光
ファイバの接続部を被覆し、前記保護手段にネジ結合さ
れている接続部被覆手段をさらに備えることを特徴とす
る請求項５に記載の光電センサ。
【請求項７】前記保護手段は、先端部と円柱部とを融
着して一体化されていることを特徴とする請求項１乃至
６のいずれかに記載の光電センサ。
【請求項８】前記ガラス光ファイバは、少なくともそ
の一部が、金属スリーブで被覆されていることを特徴と
する請求項３乃至７のいずれかに記載の光電センサ。
【請求項９】前記保護手段は、ガスぬきのための孔を
有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記
載の光電センサ。