JPS5836033Y2 - 液体量検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は光学的に液体の液面高さを検出する液体量検出
装置に関する。

通常、直接中をのぞき込むことのできない容器に入った
液体の量を知る（こは外部Ｏこ連通管を導出してその液
面の高さで測定する。

しかし上記の液体が、例えば非常に高温であるとき、ま
た化学的に外部への導出が危険なものであるとき、さら
には上記の容器が容易に調査しにくい場所に設置されて
いるときなど容量内の液体量の検出は困難なものであっ
た。

従来からこの種の液体量の検出装置はいくつか提案され
ているが、浮体を用いたり、電気化学的な反応を用いる
などいずれも複雑で、例えば自動車のラジェータや油量
計等のように小型化が要求される所に応用する（こはあ
まり適当ではなかった。

本考案は直角プリズムを用いて光学的に液面の高さを検
出し、小型で簡素な構成の液体量検出装置を提供するも
ので、以下本考案の一実施例を図面にもとづいて説明す
る。

第１図に一実施例の構成を示す。

１は発光源、２は発光源１より放射された光を導くため
の光ガイド、３は入射光を平行にするための集束形レン
ズで前記光ガイド２と集束形レンズ３とは光軸が一致す
るように結合されている。

６，７は入射光を反射または透過するための直角二等辺
三角形のプリズム（以下直角プリズムと称す）で、互い
の底面（直角に対向する辺を含む面）は同一面上（こ一
致させ、またそれぞれの内側になる各端面６ ａ ｖ７
ａは互いに直角をなす位置に配置し、かつ外側になる端
面６ａ 、７ｂには反射膜４，５が設けられている。

この直角プリズム６．７の直角部を容器１１の液面附近
（こ設ける集束形レンズ３は直角プリズム６の底面の中
央より反射膜４側に結合されている。

８は直角プリズム６から入射した平行光線を集束するた
めの集束形レンズであり、この集束形レンズ８は光ガイ
ド２より放射された光が液体１２を通り、直角プリズム
７の底面で受光できる位置に配置する。

ここで、液体１２の屈折率は直角プリズム６．７の屈折
率と同一である。

９は集束形レンズ８からの光を表示部１０に導くための
光ガイドで、集束形レンズ８と光ガイド９とは光軸を一
致させて結合されている。

次に直角プリズム６．７を用いた検出部の拡大図を第２
図に示し、検出方法について説明する。

集束形レンズ３に導かれた発光源１からの光は集束形レ
ンズ３により平行光線に変換され直角プリズム６に入射
する。

入射した光は直角プリズム６と空気との屈折率差によっ
て境界面６ｂで全反射する。

ここで、反射膜４を設けているのは液体１２が直角プリ
ズム４の周囲を満たしても常にこの端面で全反射させる
ためである。

全反射された光は直角プリズム６の他方の端面６ａに達
する。

いま液面が低くて液体１２が直角プリズム６の周囲にな
い場合は第２図ａに示すように、直角プリズム６と空気
との屈折率差によって光は境界面である端面６ａで全反
射し底面から外部に出射する。

一方液面が上昇しており、直角プリズム６．７の周囲に
液体１２がある場合は第２図すに示すように直角プリズ
ム６の他方の端面６ａに達した光は直角プリズム６と液
体１２の屈折率が同一であるため反射されずそのまま通
過し、直角プリズム７の一方の端面７ａに入射し、さら
に他方の端面７ｂに達する。

ここで、反射膜５を設けているのは前記反射膜４の場合
と同様、常に全反射を起こさせるためである。

反射膜５より全反射された光は集束形レンズ８に入射し
、集束され、光力イト９に入射する。

入射した光は光ガイド９により表示部１０に到達する。

表示部１０ではその光ガイド９の断面の輝度が異なるの
で、容器１１内に配した直角プリズム６．７の位置にお
ける液体１２の存在が検出できる。

次に光ガイドの断面輝度の差をより明確にした実施例を
第３図に示して説明する。

すなわち集束形レンズ３，８の径を直角プリズム６．７
の底辺の長さのほぼ１／２にまで大きくすることにより
、反射膜４，５の全域を使うことができ、検出に直接か
かわる水平方向の平行光線の幅が広くなるために輝度の
差を明確にすることが可能となる。

第３図ａは直角プリズム６．７のすべての周囲に液体１
２が満ちている状態であり、光ガイド２より放射された
光がすべて光ガイド９に受光され表示部１０に伝送され
る。

第３図すは直角プリズム６．７の中間附近まで液体１２
がある状態であり、光ガイド２より放射された光の内、
境界面となる端面６ａで空気と接している部分では光が
反射されて直角プリズム６の底面から外部に出射し、端
面６ａで液体１２と接している部分では光が透過し光ガ
イド９に受光される。

第３図Ｃは同すよりさらに液面が低い状態であり、光ガ
イド２より放射された光のほとんどが外部に出射し、少
しの光のみが光ガイド９に入射し、表示部１０に伝送さ
れる。

このように、液体１２の量により光ガイド９に入射する
光の量が大きく変化し、表示部では光の輝度の強弱によ
り液量を確認することができる。

次に光ガイド２からの検出光が正常に出射しているかど
うかを検出する機能を備えた他の実施例を、第４図を用
いて説明する。

図Ｇこおいて、光ガイド２より出射した光は集束形レン
ズ３を通り直角プリズム６に入射し、反射膜４により反
射され他方の端面６ａに達し、液体１２がない場合は境
界面となる端面６ａで全反射する。

この反射した光を受光する集束形レンズ１３を直角プリ
ズム６の底面に配置し、さらに集束形レンズ１３の他端
に出力光を導く光ガイド１４を光軸が一致するように配
して結合する。

そして光ガイド１４の他方の先端は表示部１０に接続す
る。

上記の構成により、液体１２が直角プリズム６．７の周
囲にない場合は光ガイド２からの入射光が直角プリズム
６の端面６ａで全反射し、集束形レンズ１３に入射して
集束され、光ガイド１４により表示部１０に到達する。

したがって光ガイド１４に出力があれば、光ガイド２か
ら正常に光が発せられていることが確認できる。

液体１２が直角プリズム６．７の周囲（こあれば、第２
図すと同様に光ガイド９に出力があられれることはいう
までもない。

第５図には前記第４図の実施例のものを用いて、液体１
２の量の変化範囲が大きい場合に有効な検出方法を示し
て説明する。

図において、容器１１に補助容器１５を結合し、前記直
角プリズム６゜７等からなる検出部を容器１１内の液体
１２がほとんどない時に補助容器１５の液面附近に配置
し、検出部と補助容器１５を固定、密封する。

この構成により、液体１２の量が増えた場合には液体１
２の重力により補助容器１５内の空気が圧縮されるため
液面が上昇し、直角プリズム６．７間に液体１２が満た
されて検出表示される。

補助容器１５は密閉されているためこの補助容器１５内
における液面の変化率は容器１１内の液面の変化率に比
べてたいへん小さくなる。

第５図の構成（こよれば液体１２の量の変化範囲が大き
い場合にも的確に液面の高さを検出することができる。

次に液体１２の種類が異なるもの（屈折率の変化）に対
しても簡素な構成となる装置について説明する。

第６図で１６は補助容器で、空気部分１７を封じた逆Ｕ
字管１８により容器１１と結合しである。

補助容器１６内には第４図で説明した直角プリズム６．
７等を含む検出部が設けられ、またその直角プリズム６
．７の屈折率にほぼ等しい屈折率を有する液体１９が封
入されている。

上記の構成では容器１１に入る液体１２の種類が異なっ
ても、この液体１２が直接直角プリズム６゜７Ｉこ接し
ないため、直角プリズム６．７は一種のみでよく、また
表面の汚れ等も少なくすることが可能である。

上記の実施例によれば、容器の設置条件が悪く、また温
度や性質が危険な液体の液面の高さを、直角プリズムを
用いた簡単な光学装置により容易に検出可能となった。

さらに上記の構成は十分（こ小型化することができ、−
切の可動部分がないため、例えば車載用としても非常に
信頼性が高い。

なお直角プリズムは下方に直角の頂部を向けたため液面
の高さが低下していった場合に液切れがよく、検出をよ
り正確にすることができる。

以上のように本考案によれば、２つの直角プリズムを用
い、その間に液体が存在するかしないかによって界面で
起こる光の透過または全反射を利用してこれを検出する
ことにより、液面の高さすなわち液体の量変化を簡素な
構成で検出でき、小型化も容易で故障もほとんどない実
用的に優れた液体量検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の液体量検出装置の一実施例を示す構成
図、第２図は要部拡大図、第３図、第４図はそれぞれ他
の実施例の要部拡大図、第５図、第６図はそれぞれ本考
案の設置状態を示す実施例構成図である。 １・・・・・・発光源、２・・・・・・光ガイド、３・
・・・・・集束形レンズ、４，５・・・・・反射膜、６
，７・・・・・・直角プリズム、８・・・・・・集束形
レンズ、９・・・・・・光ガイド、１０・・・・・・表
示部、１１・・・・・・容器、１２・・・・・・液体、
１３・・・・・・集束形レンズ、１４・・・・・・光ガ
イド。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１） 頂角が９０°の第１、第２の直角プリズムと
   、前記第１の直角プリズムに光を入射させる手段と、第
   ２の直角プリズムから出力光を検出する手段とを備え、
   前記第１と第２の直角プリズムはそれをひたす液体とほ
   ぼ同じ屈折率であるとともに、頂角をはさむ任意の一辺
   Ｏこそれぞれ反射膜を設け、頂角をはさむ前記反射膜の
   ない辺同士が互いに９０’の角度を保つように２つの直
   角プリズムを配置したことを特徴とする液体量検出装置
   。
2. （２）第１の直角プリズムに光を入射させる手段は前記
   直角プリズムの頂角に対向する面に設けた第１の集束形
   レンズと、前記第１の集束形レンズに一端が結合され他
   端が発光源に至る光ガイドとからなることを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第（１）項記載の液体量検出装
   置。
3. （３）第２の直角プリズムから出力光を検出する手段は
   前記直角プリズムの頂角に対向する面（こ設けた第２の
   集束形レンズと、前記第２の集束形レンズＱこ一端が結
   合され他端が検出表示部に至る光ガイドとからなること
   を特徴とする実用新案登録請求の範囲第（１）項記載の
   液体量検出装置。
4. （４）第１および第２の集束形レンズの直径を、各直角
   プリズムの頂角に対向する面の長さの略１／２となし、
   前記対向する面のそれぞれ中央から面外側にわたって、
   前記第１および第２の集束形レンズをそれぞれ配置した
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第（１）項記
   載の液体量検出装置。