JPH0727869A

JPH0727869A - 液体検出器

Info

Publication number: JPH0727869A
Application number: JP17013593A
Authority: JP
Inventors: Motoshi Kishi; 素志岸
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1993-07-09
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】容器内の液体が、透明な液体であっても、正
確にその液体を検出することができる液体検出器を提供
する。【構成】シリンジ２には測定液が注入可能であり、投
光器１５は、シリンジ２内の測定液の有無により異なる
２つの光路ＣＤＥ，ＦＧＨを経るように、シリンジ２に
対し零より大きい入射角θ₁ で光を投光する。受光器１
６は、異なる２つの光路ＣＤＥ，ＦＧＨのいずれか一方
に配置され、シリンジ２から出射される光を受光する。
判別手段は、受光器１６の出力によりシリンジ２内の測
定液の有無を判別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、容器内の液体の有無を
検出する液体検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、検出部にＬＥＤなどの投光器とフ
ォトダイオードなどの受光器を組み合わせた光学的検出
器を用いた液体検出器においては、受光器は投光器の投
光した光の光軸上に配置されており、投光器からの光は
入射角０度にてシリンジなどの容器に投光されている。

【０００３】このような液体検出器においては、投光器
と受光器の間の液体の有無により、受光器が受光する光
量が異なることを利用して、容器内の液体の有無を検出
していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような光学的検出器を用いた液体検出器では、投光器か
らの光が入射角０度にてシリンジなどの容器に投光され
ているので、光の反射率の大きい非透明な液体の場合に
は、その液体の有無により受光器が受光する光量が大き
く異なり、受光器の出力信号レベルに大きな差が生じる
ため、液体の検出は可能であったが、光の反射率の小さ
い透明体、例えば水のような液体の場合には、その液体
の有無にかかわらず受光器が受光する光量がほとんど変
化せず、したがってその出力信号レベルの差も微小であ
りその液体の有無を検出することが困難であった。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、容器内の液体が、透明な液体で
あっても、正確にその液体を検出することができる液体
検出器を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の液体検出器は、液体を注入可能な容器と、該
容器内の液体の有無により異なる２つの光路を経るよう
に、前記容器に対し零より大きい入射角で光を投光する
投光器と、前記異なる２つの光路のいずれか一方に配置
され、前記容器から出射される光を受光する受光器と、
該受光器の出力により前記容器内の液体の有無を判別す
る判別手段とを備えている。

【０００７】

【作用】上記の構成を有する本発明の液体検出器におい
て、容器は液体を注入可能である。投光器は、容器内の
液体の有無により異なる２つの光路を経るように、容器
に対し零より大きい入射角で光を投光する。受光器は、
異なる２つの光路のいずれか一方に配置され、容器から
出射される光を受光する。判別手段は、受光器の出力に
より容器内の液体の有無を判別する。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を液滴カウンタに具体化した一
実施例を図面を参照して説明する。

【０００９】図１は本実施例の液滴カウンタの概略を示
す正面図および側面図である。測定液１がシリンジ２に
注入可能であり、細管３より測定液１が液滴７の状態と
なって滴下している。液滴７の滴下経路中には液滴検出
部４が、シリンジ２上部には、シリンジ２内に注入され
た測定液１の液面を検出する液面センサ５が、装置背面
に設けられた支柱６に取り付けられている。また装置上
面には滴下した液滴７を回収するビーカー８が載置され
ている。ビーカ８は液受け台１１、天板９により保持さ
れている。また、ハウジング１２の前面側には、電源の
ＯＮ，ＯＦＦや測定開始等を行うための操作スイッチ１
３と、カウントした液滴数を表示する数表示ＬＥＤ１４
が設けられている。ここで、液面センサ５は投光器１５
と受光器１６から成っている。

【００１０】図２は本実施例の液滴カウンタの制御ブロ
ック図を示す。シリンジ２内に注入された測定液１の液
面を検出する液面センサ５である投光器１５と受光器１
６は、それぞれ駆動回路１７、受光回路１８に接続され
ている。駆動回路１７、受光回路１８は、装置全体をコ
ントロールする制御回路１９に接続されており、制御回
路１９には本装置を操作する操作スイッチ１３と、カウ
ントした液滴数を表示する数表示ＬＥＤ１４が設けられ
ている。

【００１１】上記構成を有する液滴カウンタの動作につ
いて説明する。操作者により、操作スイッチ１３の電源
スイッチをＯＮし、測定液１をシリンジ２内に液面セン
サ５の位置より５mm程度高い位置まで注入し、操作スイ
ッチ１３の測定スイッチを押下する。シリンジ２内の測
定液１は細管３より、液滴７の状態で滴下し、時間の経
過と共に測定液１の液面が低下する。測定液１の液面
が、液面センサ５の位置にきたとき、液面センサ５か
ら、制御回路１９に液面検出信号が送られ、制御回路１
９は、液滴検出部４により液滴の数を計数を開始する。
制御回路１９は上記液滴の数の計数を一定時間（例えば
１分間）行い、液滴数を数表示ＬＥＤ１４に表示し計数
を終了する。

【００１２】次に、図３を参照して液滴カウンタにおけ
る液面検出の作動について説明する。まず、シリンジ２
内に測定液１が無いとき、投光器１５から投光された光
Ａは、指向性の鋭い光にてシリンジ２の表面ａに入射角
θ₁（θ₁＞０）にてシリンジ２のガラス中に入射し進行
する。この時、空気からガラスへの境界面で光の進行方
向が変わり屈折し、屈折角θ₂にて光Ｂとなる。

【００１３】光Ｂはガラス中を進行しシリンジ２の内面
ｂに達し、入射角θ₃にて空気中に入射し進行する。こ
の時ガラスから空気への境界面で光の進行方向が変わり
屈折し、屈折角θ₄にて光Ｃとなる。光Ｃは空気中を進
行しシリンジ２の内面ｃに達し、入射角θ₅にてガラス
中に入射し進行する。この時空気からガラスへの境界面
で光の進行方向が変わり屈折し、屈折角θ₆にて光Ｄと
なる。光Ｄはガラス中を進行しシリンジ２の表面ｄに達
し、入射角θ₇にて空気中に入射し進行する。この時ガ
ラスから空気への境界面で光の進行方向が変わり屈折
し、屈折角θ₈にて光Ｅとなる。

【００１４】ここで、入射角θ_iと屈折角θ_rとの間には
それぞれ、Ｓｎｅｌｌの法則が成り立っており、屈折率
をＮとすれば、次式が成り立っている。

【００１５】

【数１】

【００１６】すなわち、入射角θ₁と屈折角θ₂との間、
入射角θ₃と屈折角θ₄との間、入射角θ₅と屈折角θ₆と
の間、入射角θ₇と屈折角θ₈との間には全て式（１）の
関係が成り立つ。

【００１７】今空気に対するガラスの屈折率Ｎ_AGを１．
６７とすると、次式が成り立つ。

【００１８】

【数２】

【００１９】また、Ｓｎｅｌｌの法則より、入射角θ₁
と屈折角θ₂との間には、次式が成り立つ。

【００２０】

【数３】

【００２１】ここで、ａ点での光Ａの入射角θ₁を２０
度とすると、光Ｂの屈折角θ₂は、下記の計算式から求
めることができる。

【００２２】

【数４】

【００２３】このとき、光Ｂのベクトル座標およびシリ
ンジ２の内側の円座標から算出すると、ｂ点での光Ｂの
入射角θ₃は１４．８度となる。また、Ｓｎｅｌｌの法
則より、入射角θ₃と屈折角θ₄との間には、次式が成り
立つ。

【００２４】

【数５】

【００２５】したがって、光Ｃの屈折角θ₄は、下記の
計算式から求めることができる。

【００２６】

【数６】

【００２７】このとき、光Ｃのベクトル座標およびシリ
ンジ２の内側の円座標から算出すると、ｃ点での光Ｃの
入射角θ₅は２５．２度となる。また、Ｓｎｅｌｌの法
則より、入射角θ₅と屈折角θ₆との間には、次式が成り
立つ。

【００２８】

【数７】

【００２９】したがって、光Ｄの屈折角θ₆は、下記の
計算式から求めることができる。

【００３０】

【数８】

【００３１】このとき、光Ｄのベクトル座標およびシリ
ンジ２の内側の円座標から算出すると、ｄ点での光Ｄの
入射角θ₇は１２．０度となる。また、Ｓｎｅｌｌの法
則より、入射角θ₇と屈折角θ₈との間には、次式が成り
立つ。

【００３２】

【数９】

【００３３】したがって、光Ｅの屈折角θ₈は、下記の
計算式から求めることができる。

【００３４】

【数１０】

【００３５】即ち、シリンジ２の表面ｄ点での光Ｅの出
射角θ₈は２０．３度となる。

【００３６】このように、シリンジ２内に測定液１液が
無いとき、投光器１５の投光した光Ａは、光Ｂ、光Ｃ、
光Ｄ、光Ｅとなり、シリンジ２の表面ｄ点から出射角２
０．３度にて出射される。よって、シリンジ２の表面上
のｄ点近傍に、光Ｅに対向して受光器１６を配置するこ
とにより、シリンジ２内に測定液１が無いとき、投光器
１５の投光した光Ａは、光Ｂ、光Ｃ、光Ｄ、光Ｅとなり
受光器１６にて受光される。

【００３７】投光器１５の配置場所、及び入射角を変更
しても上記のように計算する事により、受光器１６の配
置位置を計算により求める事ができる。

【００３８】一方、シリンジ２内に測定液１が有るとき
は、投光器１５から投光された光Ａは、指向性の鋭い光
にてシリンジ２の表面ａに入射角θ₁（θ₁＞０）にてシ
リンジ２のガラス中に入射し進行する。この時、空気か
らガラスへの境界面で光の進行方向が変わり屈折し、屈
折角θ₂にて光Ｂとなる。

【００３９】光Ｂはガラス中を進行しシリンジ２の内面
ｂに達し、入射角θ₃にて水中に入射し進行する。この
時ガラスから水への境界面で光の進行方向が変わり屈折
し、屈折角θ₉にて光Ｆとなる。光Ｆは水中を進行しシ
リンジ２の内面ｆに達し、入射角θ₁₀にてガラス中に入
射し進行する。この時水からガラスへの境界面で光の進
行方向が変わり屈折し、屈折角θ₁₁にて光Ｇとなる。光
Ｇはガラス中を進行しシリンジ２の表面ｇに達し、入射
角θ₁₂にて空気中に入射し進行する。この時ガラスから
空気への境界面で光の進行方向が変わり屈折し、屈折角
θ₁₃にて光Ｈとなる。

【００４０】ここでも入射角θ_iと屈折角θ_rとの間には
それぞれ、Ｓｎｅｌｌの法則が成り立っており、入射角
θ₁と屈折角θ₂との間、入射角θ₃と屈折角θ₉との間、
入射角θ₁₀と屈折角θ₁₁との間、入射角θ₁₂と屈折角θ
₁₃との間には全て式（１）の関係が成り立つ。

【００４１】今空気に対する水の屈折率Ｎ_AWを１．３３
とすると、次式が成り立つ。

【００４２】

【数１１】

【００４３】また、ガラスに対する水の屈折率Ｎ_GWは、
式（２）、式（１１）より計算でき、次式が成り立つ。

【００４４】

【数１２】

【００４５】ここで、ａ点での光Ａの入射角θ₁をシリ
ンジ２内に測定液１が無いときと同様に２０度とする
と、上記と同様、式（３）より光Ｂの屈折角θ₂は、１
１．８度となる。このとき、光Ｂのベクトル座標および
シリンジ２の内側の円座標から算出すると、ｂ点での光
Ｂの入射角θ₃は１４．８度となる。また、Ｓｎｅｌｌ
の法則より、入射角θ₃と屈折角θ₉との間には、次式が
成り立つ。

【００４６】

【数１３】

【００４７】したがって、光Ｆの屈折角θ₉は、下記の
計算式から求めることができる。

【００４８】

【数１４】

【００４９】このとき、光Ｆのベクトル座標およびシリ
ンジ２の内側の円座標から算出すると、ｆ点での光Ｆの
入射角θ₁₀は１８．７度となる。また、Ｓｎｅｌｌの法
則より、入射角θ₁₀と屈折角θ₁₁との間には、次式が成
り立つ。

【００５０】

【数１５】

【００５１】したがって、光Ｇの屈折角θ₁₁は、下記の
計算式から求めることができる。

【００５２】

【数１６】

【００５３】このとき、光Ｇのベクトル座標およびシリ
ンジ２の内側の円座標から算出すると、ｇ点での光Ｇの
入射角θ₁₂は１１．９度となる。また、Ｓｎｅｌｌの法
則より、入射角θ₁₂と屈折角θ₁₃との間には、次式が成
り立つ。

【００５４】

【数１７】

【００５５】したがって、光Ｈの屈折角θ₁₃は、下記の
計算式から求めることができる。

【００５６】

【数１８】

【００５７】即ち、シリンジ２の表面ｇ点での光Ｈの出
射角θ₁₃は２０．１度となる。

【００５８】このように、シリンジ２内に測定液１が有
るとき、投光器１５の投光した光Ａは、光Ｂ、光Ｆ、光
Ｇ、光Ｈとなり、シリンジ２の表面ｇ点から出射角２
０．１度にて出射される。よって、この位置から出射さ
れた光Ｈは、シリンジ２の表面上のｄ点近傍に配置され
た受光器１６に受光されることはない。

【００５９】上述したように、投光器１５によりシリン
ジ２に対し零より大きい入射角θ_１で光を投光するか
ら、その光はシリンジ２内の測定液１の有無により異な
る２つの光路ＣＤＥ，ＦＧＨを経る。このため、光路Ｃ
ＤＥ側に配置され、シリンジ２から出射される光を受光
する受光器１６の出力は、シリンジ２内の測定液１の有
無により明確なる差を生ずる。したがってこの出力によ
りシリンジ２内の測定液１の有無を判別することができ
る。

【００６０】上記実施例では、シリンジ２内に測定液が
無い時に、投光器１５が投光した光が経る光路ＣＤＥ側
に受光器１６を配置したが、これとは逆に、シリンジ２
内に測定液が有る時に、投光器１５が投光した光が経る
光路ＦＧＨ側に受光器１６を配置しても同様にシリンジ
２内の測定液１の有無を判別することができる。

【００６１】また、上記実施例では、測定液１を注入す
る容器は円筒状のシリンジ２であったが、本発明の容器
はこれに限定される物ではない。すなわち、容器に対し
零より大きい入射角で光を投光することにより、その容
器内の液体の有無により異なる２つの光路を経るのもで
あれば、容器の形状は如何なるものでも同様の効果を得
ることができる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の液体検出器によれば、容器内の液体がどのような
液体であっても、正確にその液体を検出することがで
き、実用にも極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の液滴カウンタの概略を示す正面図お
よび側面図である。

【図２】本実施例の液滴カウンタの制御ブロック図であ
る。

【図３】本実施例における投光器と受光器の配置図であ
る。

【符号の説明】

２シリンジ１５投光器１６受光器１７駆動回路１８受光回路１９制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体を注入可能な容器と、該容器内の液体の有無により異なる２つの光路を経るよ
うに、前記容器に対し零より大きい入射角で光を投光す
る投光器と、前記異なる２つの光路のいずれか一方に配置され、前記
容器から出射される光を受光する受光器と、該受光器の出力により前記容器内の液体の有無を判別す
る判別手段と、からなることを特徴とする液体検出器。