JPS59133438A - 光センサ及びその使用方法 - Google Patents

光センサ及びその使用方法

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JPS59133438A
JPS59133438A JP58242289A JP24228983A JPS59133438A JP S59133438 A JPS59133438 A JP S59133438A JP 58242289 A JP58242289 A JP 58242289A JP 24228983 A JP24228983 A JP 24228983A JP S59133438 A JPS59133438 A JP S59133438A
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Japan
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light
sensor
sensor body
medium
optical sensor
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JP58242289A
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ヴオルフガング・ル−アマン
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BORUFUGANGU RUUAMAN
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BORUFUGANGU RUUAMAN
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Publication date
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    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/58—Photometry, e.g. photographic exposure meter using luminescence generated by light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測定装置、制御装置、調整装置のための光セ
ンサ、及びこの種のセンサを使用するための方法に関す
る。
測定技術、調整技術は、近年デジタル技術の導入により
大きな進歩を遂げた。こ几と関連して、あらゆる種類の
物理量を検知するための多種多様な正確なセンサの需要
が増えている。しかしこの種のセ／すの開発も、新［、
い伝達媒体としての光電子送信要素、受信要素をもつ光
ファイバーの導入とともに低調な傾向にある。光ファイ
バーの利点が高帯域幅、電位分岐、妨害電磁気場や極温
に対する鈍感性、爆発や腐食のおそれのある環境での利
用可能性、少ない場所需要、軽量にあることは公知であ
る。通常の電子センサがこのような利点をもつためには
、電気出力信号を光信号に変換する変換装置がセンサに
接続されていなけ１．ばならない。この場合光信号はフ
ァイバーを介して表示ユニットまたは調整装置へ送ら几
る。即ちこの場合２度変換が行なわれる。従って、測定
精度、−次性、安定性の理由から、測定さ几るべき量を
直接適当な光信号に変換するようなセンサが望ま几る〇 本発明の課題は、次のような光センサをつくること、即
ち比較媒質または測定媒質またはセ／す自体の屈折率ま
たは光透過性に影響を与える物理量を光学的な方法で押
開し、光信号として送るようなセンサをつくることであ
る。この課題を解決するために、特許請求の範囲第１項
と第５項と第８項に開示さｎ、た特徴が提案さ几る。本
発明の他の有利な構成、使用するための方法は実施態様
項から明らかになる。
本発明による解決法では、光学体のなかに均一に配置さ
ｎ、るルミネセンス光がその励起エネルギーをあらゆる
方向に均等に放射ｇｆｌ、る光として送るという物理学
的な原理を利用する。本発明にょるセンサ体の光を通す
境界面に比較媒質′ｉ！たは測定媒質が光学的に接続さ
ｎてぃｎ、げ、センサ体の内部で放射さｎ、るルミネセ
ンス光が反射法則及び屈折法則に従ってセンサ体の境界
面で少なくとも部分的に反射され、場合によっては残余
のルミネセンス光が方向を変えて比較媒質″ｉ！たけ測
定媒質へ流出する。光が光学的により密な媒質からより
希薄な媒質へ入ると、光に入射線から前方へ屈折する。
その際入射角が、屈折した光線がセンサ体の境界面に対
して平行に延びる場合の臨界角を越えると、全反射が生
じる。ルミネセンス片から放射さｔｌ、た光は、縦長の
センサ体内で次のような場合にのみ端部へ導かｎ、る、
即ち光を通す境界面でのルミネセンス光の入射角が全反
射角よりも太きい場合がそｎ、である。この場合、全反
射し７たルミネセンス光の半分はそｎ、ぞｎ、端部のｌ
っに導が几る。残余のルミネセンス光は境界面を介［７
て隣接する比較媒質または測定媒質へ漏出する。
センサ体の横断面域、特に端部付近に生じるルミネセン
ス光の強度は、適用例に応じてさまざまな物理測定量の
基準として使用できるような簡単に測定可能な量を形成
する。特にこのような方法で、センサ体の境界面に沿っ
て延びる比較媒質の屈折率の飛躍的な変化を検知するこ
とができる。
とりわけこの効果は、センサ体に沿ったある一定の位置
に、センサ媒質に対［７て光学的により希薄な比較媒質
と光学的により密な比較媒質との間に移行部がある場合
に有効になる。光学的により密な比較媒質の領域では、
大体に於て、センサ体内で発生し該比較媒質へ到来する
ルミネセンス光はすべてセンサ体から分離さｎ、る。従
って、光学的により密な比較媒質が接続していることに
より、センサ体のさまざまな領域で発生するルミネセン
ス光を分離させることができ、強度測定により測定技術
的に把握し、他の信号処理部に送ることができる。
本発明の有利な構成によ几ば、本発明によるセンサでは
、光または紫外線の放射時に生じるフォトルミネセンス
を、即ち螢光または燐光を使用する。センサの素材の選
定に際しては、螢光コレクタに対しても使用される素材
を用いることが基本的には可能である。本発明によるセ
ンサは、縦長の板状のまたは薄片状の構成を有１／　、
その横幅は縦幅エリも短かい。その際センサ体の表面ま
たは幅広面は光を通す境界面を形成し、この境界面に比
較媒質または測定媒質が光学的に接続さｎ、る。
−次光源は、センサ体内の大部分の螢光または燐光が励
起さ几ることかできるような光強度をもっているべきで
ある。外部光等の妨害を避けるために、パルス稼動も基
本的には可能である。しかしこの場合も、存在する螢光
片が可能なかぎり完全に活動するべく注意を払う必要が
ある。入射位置への光の供給並びに測定位置からの信号
送信は光ファイバーを用いて行なうことができる。光信
号の電気信号への変換は、例えばフォトダイオード、フ
ォトトランジスタ、光導電セル、フォトエレメント等の
任意のフォトレフ−バーを用いて行なうことができる。
測定信号が一次光にエリ妨害されることを避けるために
、本発明の他の有利な構成によｎ、げ、−次光のための
入射位置と螢光光線のための測定位置とがセンサ体の同
じ端部に配置さｎ、ていること、そｌ−てセンサ体の他
端にある端部境界面が光を通すことが提案さｎ、る。そ
の際入射位置と測定位置は、共に１つの端部境界面に、
例えば互いに横に並んでまたは互いに同軸に配置される
ことができる。測定位置に、センサの表面に配置される
分離プリズムまｆ？：、ハ分離セルによっても形成する
ことができる。
本発明によるセンサは、かなりの適用可能性をもってい
る。こ几に関しては次に簡単に述べ、さらに後に図面を
用いてより詳細に説明する。本発明によるセンサの適用
に際しては、センサ体に接続ｇｎる少なくとも１つの比
較媒質または測定媒質のなかでの屈折率の空間的または
時間的変化を利用する。この変化は、測定位置で受容さ
れるルミネセンス光の強度変化から生じる。
本発明によるセンサの適用例としては、液体容器の充填
高ζ表示、水溶液及び有機溶液の濃度測定、気体の圧力
及び温度測定、溶液の濃度測定、温度が非常に高い場合
の沸点監視、大気湿度測定、雨報知器、スイッチ、キー
、キーボード、水準器等が挙げら几る。
測定位置にて流出するルミネセンス光の強度は、フォト
ルミネセンスの場合原理的には、センサ体の入射面が一
次光に対してより多くまたはより少なく遮蔽さ几るまた
は保護さ几るかによって影響をうける。この原理に従い
、本発明によるセンサ体を用い几ば、周囲の媒質の屈折
率に依存せずして、−次光の放射経路に配置さ１．るス
クリーンの可変な遮蔽面または光透過性に基づき、ルミ
ネセンス光の強度変化が得ら几、この強度変化全位置測
定に、例えば液体容器の充填高さの測定に利用すること
ができる。さらに、−次光の放射経路に配置さｎ、電気
的に影響を与えることができる光透過性をもったスクリ
ーンを使用して、例えば交叉１、たまたは交叉Ｉ−でい
ない偏光板の間に局所的に制御可能な液晶’１ｉ１２に
配置することにより、簡単に電子−光信号変換を行なう
ことができる。
本発明の他の有利な実施例によｎ、げ、−次光の入射位
置と測定位置の間の区間でのセンサ体内でのルミネセン
ス光の強度減少が位置測定のために用いら１．る。この
ために、集束−次光線が使用さ几る。この−次光線は、
測定さｎ、るべき量に応じて測定位置から可変な間隔を
もって縦長のセンサ体の表面に向けらｎ、でいる。この
場合、測定位置で受容さｎ、る光強度は、−次光の入射
位置からの距離の関数であり、場合によっては互いに間
隔をもって配置さｎ、る−次光源の数量と位置の関数で
ある。外部光の妨害を避けるために、各−次光源に窓を
センサ体の入射面内に付設することができる０ 次に、本発明をいくつかの実施例に関し添付の図面を用
いてより詳細に説明する。
図面に図示１−たセンサ１０は、光を通す素材から成る
光学体１２から構成さ几ている。光学体１２内には、ル
ミネセンス片目（発光体）が全体積にわたって均等に分
配すｎ−でいる。ルミネセンス片は光、紫外線、Ｘ線、
ガンマ線、または粒子線の照射により、化学的過程によ
り、電場の作用により、または放電過程により励起状態
へもたらさ几、そして光、赤外線、または紫外線の放出
により基底状態へ戻る。以下に述べるセンサでは、光重
たは紫外線の照射で生じるフォトルミネセンス、即ち螢
光または燐光を使用する。ただし、他のルミネセンスも
原理的には使用可能である。使用可能な基準となるのは
、全ルミネセンスの光があらゆる方向に均一に分散して
放出されることである。
屈折率ｎｌのセンサ体１２の光を通す境界面１６に屈折
率ｎａの比較媒質捷たは測定媒質り、Ｗが接続している
とすると、反射法則及びスネルの屈折法則にエリ、ルミ
ネセンス光はセンサ体１２の境界面１６で少なくとも一
部は反射し、他の部分は方向を変えて比較媒質または測
定媒質り、Ｗへ放出さ几る。屈折の法則によると、 ｎｌＸｓ石αｉ　　＝　　ｎａ　　Ｘ　　ｓｉｎαａで
あり、ここでαｉとαａはセンサ体（４）内での、或は
比較媒質才たは測定媒質（、）内での入射法線に対する
入射角である。
光が光学的により密な媒質からより希薄な媒質へ入射す
ると（ｎａ（ｎｉ）、光は屈折して前進する。入射角α
ｌが臨界角αｔｌ越えると全反射が生じる。この場合α
ａ−９０°であり、従ってＳ石αｔ　　＝　　ｎａ　　
／　　ｎｉが成立つ。
ルミネセンス片から放出さ几る光は、縦長のセンサ体１
２内で次の場合にのみ端部１８　、２０へ導か几る、即
ち光を通す境界面１６での光の入射角αＩが全反射角α
ｔ、Ｊ：りも大きい場合がそｎ、である。他のルミネセ
ンス光はすべて比較的短い路程を経た後、即ち ａ　　＝　　ｄ　　Ｘ　　ｔａｎαｔ の路程ケ経た後、境界面を通って比較媒質または測定媒
質り、Ｗへ放出す几る。ここでｄはセンサ体１２の直径
または壁厚である。即ち光伝導は、比較媒質−または測
定媒質がセンサ媒質よりも光学的に希薄な場合に生じる
。
ルミネセンス光があらゆる方向に均一に分散して放出さ
れ且つ適当なセンサ素材にわずがな量だけ吸収さ几るた
め、センサ体が所定の幾何学的形状を有（〜且つセンサ
媒質と比較媒質−またけ測定媒質が、所定の屈折率を有
しているならば、上述の物理学的法則により、センサ体
の内部に生じセンサ体の両端部１８．２０に達するルミ
ネセンス光の量を決定することが可能になる。この量は
、縦長の円筒状の棒の場合 ε２　二　ｌ　　−ｓ石αｔ であり、平行平面な境界面１６とミラーコーティング［
また縦側縁２２をもつ縦長の板状体の場合εＰ−邸αＬ である。この量は半分ずつ両端部１８　、２０へ導か几
る。残余のルミネセンス光は境界面１６ｉ介して隣接す
る比較媒質寸たは測定媒質り、Ｗへ漏出する０ 上記の公式は、センサ媒質が比較媒質寸たは測定媒質よ
りも光学的により密である場合にのみ適用σｎ、る。そ
うでない場合には近似的にε　＝　０ となる。即ち、ルミネセンス光は両端部へ達しない。こ
の場合、センサ体１２の縦方向に正確に放射さ几るルミ
ネセンス光は無視した。こｎ−は横寸ｄに対してセンサ
体の長さが長けｎ、は長いほど無視することができる。
センサ体１２の横断面領域に、特に端部１８．２０の付
近に生じるルミネセンス光の強度は、適用例に応じて種
々の影響パラメータの基準として使用できる簡単に測定
可能な量を形成する。この強度測定量は、とりわけセン
サ媒質と該センサ媒質に境を接している比較媒質及び／
″！または測定媒質との屈折率の比ｎｌ　／　ｎａの変
化によって影響をうける。特に、この方法でセンサ体１
２に沿っている比較媒質の屈折率ｎａの大きな変動を測
定することができる。
上記の効果が特に効力を発揮するのは、センサ１２に沿
うある位置に、センサ媒質に比べて光学的により希薄な
比較媒質と光学的により密な比較媒質との間に移行部２
３が生じる場合である。光学的により密な比較媒質Ｗの
領域では、大体に於て、センサ体１２内に生じこの領域
に到来するルミネセンス光はすべてセンサ体１２から分
離さ几る。即ち、センナ体１２のさまざまな領域で生じ
るルミネセンス線の切り離しが起こり、強度測定により
測定技術的に杷握さｎ４、他の判読装置に送ら１．る。
以下に、いくつかの実施例に関しより詳細に説明する。
第１図と第２図に図示した実施例による光センサｌＯば
、とりわけ充填高さ測定のために液体容器に取付は可能
である。センサＩＯは、光を通す素材から成る縦長の板
状の或は薄片状の（第１図）、または円筒状の（第２図
）探針から構成さ几る。
センサ内には全体積にわたって螢光片が配置さ几ている
。入射位置２４には、例えばルミネセンスダイオードま
たはレーザーダイオードにより、探針内に含まｎ、でい
る螢光片１４の大部分が励起さ几て光を放射するに至る
ような強度と波長をもつ一次光Ｐが供給さｎ、る。さら
に探針は測定量＃２６を有し、ことでこの位置に到達す
る螢光光線Ｆが切り離さｎｌ、フォトレアーバーニ送ら
几る。フォトレアーバーとしては、例えばフォトダイオ
ード、フォトトランジスタ、光導電セル、捷たけ光電池
を使用する。こｎ、らのフォトレシーバ−は到来する信
号を電気信号に変換１〜、その結果この電気信号を電子
的に処理Ｉ〜で表示目的に及び制御目的に使用すること
ができる。
探針ば、その一端によって合口的に容器底部まで液体Ｗ
に浸っており、従って探針の一部は液体の表面２３を越
えて突出（−ている。−次光Ｐのための入射位置２４と
螢″／ｆＳ光線Ｆのための測定位置２６は、探針の液体
に浸っていない端部１８の領域にあり、即ち光学的にエ
リ希薄な比較媒質、例えば空気りのなかにある。探針の
他端２０は、光を通す端部境界面によって容器の最深点
に達し、その結果入射位置２４に供給さ几る一次尤Ｐ（
螢光過程のために消耗されることはない）は妨害を受け
ずに流出することができる。同様に探針の下端２０では
、この方向に全反射によって案内さ几る螢光光線も流出
する。こ几とは逆の方向に放射され探針内で全反射によ
って案内さ几る螢光光線は、上端で例えばプリズム２８
またはセルによってセンサ体１２から切り離され、フォ
トレシーバ−に送ら几る。
このような構成により、過剰−次光Ｐの強度が高くても
測定過程を乱すことはない。なぜなら、過剰−次光ｐＨ
探針の下端２０ｖＣで流出し、測定位置に到達すること
ができないからである。
液面２３の位置で、比較媒質の屈折率ｎａの断層が生じ
る。−次光Ｐの強度が均一の場合、液面２３の高さに応
じてより多くのまたはより少ない螢光光線が測定位置２
６に到達する。従って、測定位置２６で測定さ庇る光強
度は、容器内での充填高さに対する測定値である。
センサ体１２の屈折率ｎｉが液体Ｗの屈折率よりも小さ
い場合には、探針の液体に浸っている領域から測定位置
に到達する螢光光線はない。なぜなら、この液体に浸っ
ている領域で生じる螢光光線ばほぼ完全に液体Ｗ中に消
散するからである。この場合、螢光光線はもっばら、探
針の液体に浸っていない部分から測定位置２６に到来す
る。ただし２、この測定位置では比較媒質（空気）の屈
折率が探針の屈折率よりも小さいものとする。
しか１．ながら、液体Ｗの屈折率が探針の屈折率よりも
小さく、一方空気りの屈折率エリも大きい場合にも、基
本的には測定が可能である。この場合、液体に浸ってい
る・領域にて生じる螢光光線の一部が同様に全反射によ
って測定位置２６へ到達するが、この部分は、全反射角
がより小さいため、液体に浸っていない領域にて生じる
対応する部分よりも小さく、従ってこの場合も、測定さ
ｎ、る螢光光線の強度変化により充＊高さ変化がわかる
。
屓２図に図示（また円筒探針の実施例では、−次元Ｐの
ための入射位置２４とフォトレシーバ−の接続のための
測定値ｗ２６とは、互いに同軸に探針の端部に配置さｎ
、でいる。この端部に対向する端部１８が光を通すため
、この場合も、−次光Ｐの放射方向とは逆の方向へ螢光
片１４から放射さｎｌ、円筒形の境界部１６にて全反射
するような螢光光線だけが測定位置２６へ到達する。
第３８図ない［５第３ｇ図には、入射位置２４と測定位
置２６がさまざまに配置さｎ、た探針の他の実施例が図
示されている。第３ａ図と第３ｂ図に図示した実姉例で
は、−次光Ｐは、より密な比較媒質Ｗの領域にある、測
定位置２６に対向する端部２０で引き込まｎ、る。第３
ａ図の実施例では、−次元Ｐは測定さ１．るべき螢光光
線と共に直接に測定位置へ到達し、一方第３ｂ図の実施
例では、−次光Ｐの大部分は光を通す端面１８で流出す
ることができるが、−次光Ｐの他の部分は測定位置２６
にあるプリズム２８を介して螢光光線Ｆと切り離さｎ、
る。従って、−次光による測定過程の妨害を避けるため
に、この両光部分？切り離すための付加的な手段を予じ
め設ける必要があるが、こ几に関Ｉ７てはここではこれ
以上詳細に説明しない。
上記のことは、第３Ｃ図と第３ｄ図に図示１．た実施例
に対【、でも適用さ几る。この両実施例では、−次元Ｐ
のための入射位置２４と測定位置２６とは探針の同じ端
部に配置さ几ているが、他端２０はミラーコーティング
さ几ており、従って過剰−次光が少なくとも部分的には
測定位置へ戻ることがある０ この点に関する著しい改善は、第３ｅ図、第３ｆ図、第
３ｇ図に図示した実施例により得らｎ、る。こｎ、らの
実施例では、光案内が探針のなかで行なわ１、ることに
より、過剰−次光が測定位置２６に到達できないような
配慮がなされている。第３ｅ図の実施例では、入射位置
２４と測定値＃２６は互いに隣りあって探針の端部１８
にあり、一方他端２０ば、−次光とかなたへ到達する螢
光光線の一部を貫通させるために、透過可能に形成さ几
ている。第３ｆ図の実施例でも、−次光Ｕ１つの端面１
８で引き込ま几、他端２０にてかなたへ到達する螢光光
線と共に流出１７、一方逆方向に放射さｎ、る螢光光線
はプリズム２８によって切Ｖ離さｎ、る。
第３ｇ図に図示１．た実施例では、−次元Ｐは探針の縦
方向に対し−で横にその表面または幅広面■６を介［２
て引き込まれ、そ［７てこの面に対向する幅広側で再び
探針から流出する。この実施例では、両端に螢光光線用
の測定位置が設けら几、これらの測定位置には一次光は
到達１−ない。
第４図には、状態測定または長さ測定のための測定装置
の実施例が図示さｎ、ている。前述［−た種類の縦長の
光センサｌ０ｖＣＱ、少なくとも１つの結合プリズム３
０が縦方向移動可能に配置さｎ、でいる。
結合プリズムの基本長さけ、少なくとも応答長さａ　＝
　ｄ　Ｘ−ａｔに対応する。ここでａｔは、周囲の空気
に対するセンサ体１２の全反射角である。螢光光線の切
り離＋、１ｌ−ｊ、プリズム３０の斜辺面を介して行な
わｎ−１その結果切り離さ１．た光の方向依存が維持さ
れる。−次光Ｐの入射は、端面１８　、２０を介して、
或は第４図に示すようにセンサ体の表面または幅広面１
６を介して行なわれる。螢光光線の測定位置２６はセン
サ体の端部１８　、２０に配置するのが合目的である。
測定位置２６に到来する螢光光線の強度、割合または差
は結合プリズム相互の位置及び測定位置に対する位置の
基準を成１．ている。
第５図と第６図に図示したキーボード配置は、光学的に
より密な分離体を接続することにエリ、問題とする領域
全域にわたって生じこの分離体へ到来する螢光光線がセ
ンサ体から分離すｎ、るという前述の原理を利用１．た
ものである。ここでも、境界面に接続する分離体の底面
が少なくとも応答長さａ　＝　ｄ　Ｘ−ａｔにわたって
延びていることを前提としている。ここでａｔは、隣接
する光学的に工り希薄な比較媒質（空気）に対するセン
サ体のなかでの全反射角であり、そしてｄは、センサ体
の厚さ或は直径である。
第５図と第６図に図示した実施例では、縦長の光伝導体
と１．で形成されるセンサ体１２に沿って互いに間隔を
もって配置さ几るいくつかのキー３２が上記の分離体と
結合さ几ている。分離体は、キー３２に光が押し寄せる
とセンサ体１２の光を通す境界面１６に対ｊ、て押圧さ
几る。その！祭、端部１８　。
２０ＶＣある測定面２６　Ｋ到達する螢光光線は瞬間的
に押圧さｎ、たキーの割合に応じて所定どおりに弱めら
ｎ、る。従って各測定位置での強度測定に基づいて、キ
ー３２が押圧さｎ、でいるかどうか、場合によってはど
のキー３２が押圧さｎ、でいるのかを決定することがで
きろ。さらに両側定位置での測定結果を比較することに
より、またに総量演算を行なうことにエリ、同時に２つ
のキーが押さ１．でいるかどうかがわかる。２つのキー
が同時に押されていｎ、げ、このオーバーラツプは回路
技術的に取除くことができる。というのも、どのキーが
まず押さ几、そ１．てどのキーが最後に押されたかをそ
の都度確定することができるからである。
第５図の実施例では、測定位置２６が分＃［２ているい
くつかのセンサ体１２がそｎ、ぞａｔつのキーグループ
に対して設けらｎ−１一方第６図の実施例では、光を導
くいくつかの湾曲部３４を具備する縦長の単一のセンサ
体１２がキー領域全体に対１−で設けらｎ、でいる。−
次光Ｐの入射はセンサ体１２の表面または幅広面１６を
介して行なわｎ２、従って一次光は測定位置２６に到達
することはできない。
第７図と第８図に図示１．たセンサ装置は遮蔽の原理に
従って作動する。センサ１０は、この実施例でも光を通
す素材から成る棒状のまたは板状の胴部１２から構成す
１．る０胴部１２内にはフォトルミネセンス片１４が全
体積にわたって均一に配置さｎている。ルミネセンス片
の励起は一次光Ｐを介ｌ。
て行なわｎ、る。−次光Ｐは、探針の縦方向に対１゜て
横にその幅広面１６を介１．で引き込ま几、この幅広面
に対向する幅広面で探針体から流出する。ルミネセンス
光は、探針体の端部１８　、２０にある測定位置２６で
受光することができる。−次光の放射経路には、例えば
スクリーンと１２で形成さｎるカバー４０成は４２があ
る。カバー４０或は４２は、少なくとも１つの光を通す
保護面４４を有する。保護面の大きさは可変であり、測
定さｎ、るべき量により、例えば容器の充填高さにより
決定さ几る。保護面の大きさに応じて、探針体内でより
多くのまたＩｒｓ、より少ないルミネセンス片が一次光
によって励起さ几、従って測定位置２６で受光さｎ、る
光強度は、保護面の大きさを示す量であり、従って決定
されるべき測定量を示す量でもある。
第８図に図示り一た実施例では、保護スクリーン４２は
液晶部と［７て形成さ几ている。保護スクリーン４２は
２つの偏光体４６　、４８と、こ几らの偏光体の間に配
置される液晶層から形成さ几ている。液晶層は、スクリ
ーン面全体にわたって配置さｎているいくつかの領域４
４に分離して配置さｎ電気的に制御可能であり、従って
広範囲に任意の透過プロフィールをスクリーン面全体に
わたってつくることができる。従って、探針体の端部で
測定さ几る光強度ばＬＣＤスクリーンの透過度を示す量
である０ 第９図と第１０図に図示１．たセンサ装置では、ルミネ
センス光の発生位置と測定位置２６の間の区間での光吸
収によるルミネセンス光の強度減少が、縦長のセンサ体
に沿って位置する一次光源５０の相対的な状態を決？す
るために用いられる０このために一次光源５０ば、セン
サ体１２の縦方向に対して垂直に入射面１６へ向けら凡
ている集束−次光線（Ｐ）’５＝放射する。例えば工作
機械等で状態測定全行なうために、−次光源５０とセン
サ体１２は、第９図にて二重矢印５２で示すように、相
対的に移動可能に配置さｎ、ることかできる。こ几に対
［−で、第１Ｏ図の実施例では、互いに間隔をもって位
置するいくつかの一次光源５０がセンサ体１２に対１．
て固定１−で配置ざ几ている。この実施例では、外部光
の妨害を避けるために、センサ体の入射面１６ば、−次
光源５０に向けらｎ、る光を通すいくっがの窓５４を具
備１２、一方こｎ、らの窓５４の間の中間域５６はｔを
通さない。各光源５０は、単独でまたは他の光源５０と
組んで、測定位置の場所に所定の強度のルミネセンス光
を与える。この強度に、ｌ：ｆ）、測定技術的に位置決
定が行なわｎ、る。
【図面の簡単な説明】
第１図は充填高さ測定用板状光センサの斜視図、第２図
は充填高σ測定用円筒形尤センサの斜視図、第３ａ図な
い１．第３ｇ図は一次光入射位置と測定位置がさまざ寸
に配置ざｎ、たセンサの種々の実施例を示す図、第４図
は１つの光センサを備える状態測定のための装置を示す
図、第５図はいくつかの光センサを備えるキーボード装
置を示す図、第６図は１つの光センサを備えるキーボー
ド装置を示す図、第７図は遮蔽原理に従うセンサ装置を
示す図、第８図はＬＣＤスクリーンを備えるセンサ装置
と示す図、第９図は吸収原理に従い移動可部な一次光源
を備えるセンサ装置を示す図、第１０図はいくつかの固
定−次光源を備える第９図に対応するセンサ装置を示す
図である。 １２・・・センサ体　　　　１４・・・ルミネセンス片
１６・・・境界面　　　　　１８・・・端部境界面２３
・・・液面　　　　　　２４・・・入射位置２６・°°
測定位置　　　　３２・・・キー４２・・・スクリーン
　　　４４・・・液晶領域４６　、４８・・・偏光体　
　　Ｐ・・・−次光り、Ｗ・・・比較媒質または測定媒
質

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）　　測定装置、制御装置、調整装置のための光セ
    ンサに於て、光を通す媒質から成るセンサ体（１２）が
    設けら几、このセンサ体がその全体積にわたって配置さ
    几連続的にまたはパルス的に励起可能なルミネセンス片
    （１４）と、光を通す少なくとも１つの入射面（１６）
    と、かなたへ到達するルミネセンス光？分離させるため
    の少なくとも１つの測定位置（２６）とを有し、そして
    この測定位置（２６）から可変な間隔をもって配置さ几
    るセンサ体（１２）の入射面（１６）が少なくとも１つ
    の集束−次光線（Ｐ）によって作用可能であること？特
    徴とする光センサ。 （２）入射面（１６）とセンサ体（１２）への−次光線
    （Ｐ）の衝突位置が相対的に移動可能であることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項に記載の光センサ０ （３）　　集束−次光線（Ｐ）を放射するための、互い
    に間隔金もって配置さ几るいくつかの一次光源（５ｏ）
    が、センサ体（１２）の入射面（１６）の上方に分割し
    て配置さｎ７ていること？特徴とする、特許請求の範囲
    第１項に記載の光センサ。 （４）各−次光源（５０）に、光を通す窓（５４）がセ
    ンサ体（１２）の入射面（１６）内に付設されているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
    ずｎか１つに記載の光センサ。 （５）　　測定装置、制御装置、調整装置のための光セ
    ンサに於て、光を通す媒質から成るセンサ体（１２）が
    設けらｎ４、このセンサ体がその全体積にわたって配置
    され連続的にまたはパルス的に励起可能なルミネセンス
    片（１４）と、光を通す入射面（１６］と、かなたへ到
    達するルミネセンス光を分離させるための少なくとも１
    つの測定位置（２６）とを有し、該センサ体（１２）の
    入射面（２４）がルミネセンス片の励起のたりに一次元
    （Ｐ）によって作用可能であり且つ測定さ几るべき量に
    依存して少なくとも部分的に一次光に対して遮蔽可能ま
    たは保護可能であることを特徴とする光センサ。 （６）−次光（Ｐ）の放射経路にて入射面（２４）前方
    に、−次光（Ｐ）に対する透過性の影響のもとて電気的
    に制御可能なスクリーン（４２）が配置されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の光センサ。 （７）　　前記スクリーン（４２）が、互いに間隔をお
    いて配置さｎ、る２つの偏光体（４６、４８）と、該偏
    光体の間に配置さ几電気的に制御可能な少なくとも１つ
    の液晶領域（４４）とを有していることを特徴とする特
    許請求の範囲第６項に記載の光センサ。 （８）測定装置、制御装置、調整装置のための光センサ
    に於て、ある一定の屈折率（ｎｊ）を有し光と通す媒質
    から成る、次のような構成要素を有するセンサ体（１２
    ）が設けられ、即ち該センサ体の全体積にわたって配置
    さ几連続的にまたはパルス的に励起可能なルミネセンス
    片（１４）と、少なくとも部分的に光を通す境界面（１
    ６）と、かなたへ到達するルミネセンス光を分離させる
    ための少なくとも１つの測定位置（２６）とを有するセ
    ンサ体（１２）が設けらｎｌ、そして該センサ体（Ｉ２
    ）の光を通す境界而（１６）に、異なる屈折率（ｎａ）
    をもつ少なくとも１つの光学的比較媒質または測定媒質
    （Ｌ　、　Ｗ　；　３０　；　３２　）が光学的に接続
    可能であることを特徴とする光センサ。 （９）　　上記比較媒質寸たは測定媒質（Ｌ）の少なく
    とも１つかセンサ媒質よりも光学的に希薄であることを
    特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の光センサ。 （ｌＯ）異なる屈折率をもつ少なくとも２つの比較媒質
    −！たは測定媒質（Ｌ　、Ｗ）が光を通す境界面（１６
    ）に光学的に接続可能であることを特徴とする特許請求
    の範囲第８項または第９項に記載の光センサ。 （ｌｌ）センサ体（１２）が縦長の円筒体として、特に
    光ファイバーと［７て形成さ几、その表面が光を通す境
    界而（１６）　ｉ形成しているまたは含んでいることを
    特徴とする特許請求の範囲第５項ないし第１θ項のいず
    ｎ、がｌっに記載の光センサ。 （１２）センサ体（１２）が縦長の板状体または薄片体
    として形成さ几、その少なくとも１つの幅広面が光を通
    す境界面（１６）を形成しているまたは含んでいること
    を特徴とする特徴請求の範囲第５項ない［２第１１項の
    いずｎ、か１つに記載の光センサ０ ０３）センサ体（１２）が、少なくともその光を通す境
    界面（１６）の領域に、平らな、または必要とあ几ば勾
    配を可変なら旋状の湾曲部を有していることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１１項または第１２項に記載の光セ
    ンサ。 （１４）ルミネセンス片が螢光片または燐光片とｌ−で
    形成３ｎていること、そして探針が少なくとも１つの入
    射位置（２４）で螢光片または燐光片の励起のために一
    次元（Ｐ）によって作用可能であることを特徴とする特
    許請求の範囲第５項ないし第１３項のいず几か１つに記
    載の光センサ。 （１５１−次光源がルミネセンスダイオードまたはレー
    ザーダイオードであることを特徴とする特許請求の範囲
    第１４項に記載の光センサ。 ０６）−次光が強度調節さｊ、でいることを特徴とする
    特許請求の範囲第１４項または第１５項に記載の光セン
    サ。 （１７）測定位置（２６）に、強度を測定するフォトレ
    シーバ−が接続可能であることＴｈ％徴とする、特許請
    求の範囲第５項ない（、第１６項のいずｎ、か１つに記
    載の光センサ。 （１８）測定位置（２６）に、フォトレシーバ−に通じ
    る光伝導体が連結可能であることを特徴とする特許請求
    の範囲第５項ない［７第１７項のいずｎ、か１つに記載
    の尤センサ。 （１９）光を通すセンサ媒質が固体であり、特にガラス
    まタハプラステックから成る固体であることｆｆ：特徴
    とする、特許請求の範囲第５項ないし第１８項のいず几
    か１つに記載の尤センサ。 ＠）光を通すセンサ媒質が透明な、特に円筒形の被覆管
    のなかに入ｎ、られる液体であることを特徴とする特許
    請求の範囲第５項ないし第１８項のいず几か１つに記載
    の光センサ。 （２１）光を通すセンサ媒質が透明な、％、に円筒形の
    被覆管のなかに入ｎ５られる気体であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第５項ないし第１８項のいず几か１つ
    に記載の光センサ。 （２２）ルミネセンス片（１４）がセンサ体（１２）内
    ニ均一に配置されていること全特徴とする、特許請求の
    範囲第５項ないＩ７第２１項のいずＡ、かＩっに記載の
    光センサ。 （２３）ルミネセンス片（１４）がセンサ体（１２）の
    全長にわたって分布可変に配置されていることを特徴と
    する特許請求の範囲第５項ないし第２１項のいスｎ、か
    １つに記載の光センサ。 （２４）−次光（Ｐ）のための入射位置（２４）とルミ
    ネセンス尤のための測定位置（２６）がセンサ体（１２
    ）の同じ端部（Ｉ８）に配置さｎ、でいること、そして
    センサ体（１２）の他端（２０）にある端部境界面が光
    を通すことを特徴とする特許請求の範囲第１４項ないし
    第２３項のいず几か１つに記載の光センサ。 （２５）入射位置（２４）と測定位置（２６）が共にセ
    ンサ体（１２）の端部境界面（１８）に配置さ几ている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２４項に記載の光セ
    ンサ。 （２６）入射位置（２４）がセンサ体（１２）の端部（
    １８゜２０　）に配置さ１．でいること、そして測定位
    置（２６）が、センサ体（１２）の表面または幅広面（
    １６）に配置さｎ、る分離プリズムまたは分離セル（２
    ８）によって形成されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第２４項に記載の光センサ。 （２７］−次光（Ｐｌのための入射位置（２４）とルミ
    ネセンス尤のための測定位置（２６）がセンサ体（１２
    ）の互いに対向する端部（２０、１８）に配置さｎ、て
    いることを特徴とする特許請求の範囲第８項ないし第２
    ３項または第２６項のいずｎ、か１つに記載の光センサ
    。 （２８）センサ体（Ｉ２）が少なくともその全長の一部
    にわたって延びる、％にセンサの縦方向に対して横に生
    じる一次元（Ｐ）のための入射面を有していることを特
    徴とする特許請求の範囲第５項ないし第２４項のいずｎ
    、か１つに記載の光センサ。 （２９）測定位！　（２６）がセンサ体（１２）の光を
    通す境界面（１６）の領域にあり、この領域に光学的に
    より希薄な比較媒質または測定媒質（すが接続している
    こと’に％徴とする、特許請求の範囲第８項ないし第２
    ８項のいず几か１つに記載の光センサ。 （３０）センサ体の屈折率が圧力変化捷たは温度変化ま
    たは溶解さｎ、た物質の濃度変化等の外部作用によって
    調整可能であることを特徴とする特許請求の範囲第８項
    ない【−第２９項のいずｎ、か１つに記載の光センサ。 （３１）特許請求の範囲第８項ないし第２９項のいず１
    ゜か１つに記載の尤センサを、液体容器内で充填高さを
    測定、制御、及び／または調節するための装置で使用す
    る方法に於て、センサ体（１２）が探針として形成され
    、この探針がその光を通す境界面（１６）によって、液
    面（２３）を通って液体（ｗ内に次のように浸っている
    こと、即ちこの境界面（１６）の一部が、液面（２３）
    上にあり且つ探針媒質に対して光学的により希薄な媒質
    （Ｌ）　ｋ含んでいる空間内に突出するように浸ってい
    ること、そして境界面（１６）の上記突出領域に配置さ
    れる測定位置（２６）に、ルミネセンス元の強度に応答
    するフォトレシーバ−が接続さ几ていることを特徴とす
    る方法。 （３２）液体に）がその表面（２３）の上にある媒質（
    匂よりも光学的に密であることを特徴とする特許請求の
    範囲第３１項に記載の方法。 （３３）液体（４）が探針媒質よりも光学的に密である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第３１項寸たけ第３２
    項に記載の方法。 （３４）特許請求の範囲第８項ない［７第２９項のいず
    ｎ。 か１つに記載の光センサを状態測定または長さ測定のた
    めの装置に使用する方法に於て、縦長の円筒形のまたけ
    板状の構成を有するセンサ体（１２）が光学的［より希
    薄な比較媒質（Ｌ）のなかに配置さ几ていること、そし
    て光学的に、Ｊ１７密な素材から成る少なくとも１つの
    状態測定体が、センサ体の全長にわたって延びる光を通
    す境界面（１６）に沿って移動可能に配置さ１５、そし
    てこの境界面（１６）に場合によっては液体を介して光
    学的に連結可能であること、並びにセンサ体の端部領域
    に配置さ几る少なくとも１つの測定位置に、ルミネセン
    ス尤の強度に応答するフォトレシーバ−が接続されてい
    ること？特徴とする方法。 （３５）状態測定体が長方形のプリズムとして形成さｎ
    ｌ、このプリズムがその１つの斜面によってセンサ体の
    光を通す境界面（１６）に対して接合していることを特
    徴とする特許請求の範囲第３４項に記載の方法。 （３６）センサ体（１２）の境界面（１６）に対して接
    合している連結プリズムの斜面が、センサ体（１２）の
    縦方向にて少なくともセンサ体の応答長さａ＝ｄＸｔａ
    ｎαｔ に対応ト２、その際ｄがセンサ体の直径または壁厚であ
    り、そしてαｔがセンサ体の空気に対する　゛全反射角
    であることを特徴とする特許請求の範囲第３５項に記載
    の方法。 （３７）特許請求の範囲第８項ないし第３０項のいず几
    か１つに記載の光センサを、液体中でまたは気体中で屈
    折率を測定するための、特に水溶液または有機溶液の濃
    度を測定するための、または気体圧を測定するための装
    置内で使用するための方法に於て、セ／す体が少なくと
    も部分的に液体中［または気体中に浸っている探針とし
    て形成され、との探針が液体のまたは気体の屈折率に適
    応可能な可変な屈折率を有していることを特徴とする方
    法。 （３８）探針媒質が溶解さｎ、た物質の調整可能な濃度
    をもつ溶液から成ることを特徴とする特許請求の範囲第
    ３７項に記載の方法。 （３９）探針媒質が調整可能な圧力をもつ気体から成る
    ことを特徴とする特許請求の範囲第３７項に記載の方法
    。 （４０）固体から成る探針の屈折率が圧力の作用によっ
    て調整可能であることを特徴とする特許請求の範囲第３
    ７項に記載の方法。 （４１）探針がその全長にわたって測定位置方向へ単調
    に増加する屈折率を有し、この屈折率が少なくともある
    位置で比較媒質のまたは測定媒質の屈折率に対応してい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第３７項に記載の方
    法。 （４２、特許請求の範囲第８項ないし第２９項のいず几
    か１つに記載の光センサの少なくとも１つをキーボード
    装置内で使用するための方法に於て、縦長のセンサ体（
    １２）に沿って互いに間隔をおいて配置されるキー（３
    ２）が、′Ｊｔ、を通す境界面に対して押圧可能な、セ
    ンサ媒質よりも光学的により密な素材から成る連結体？
    有−していること、そしてセンサ体の端部領域に、フォ
    トレシーバ−を接続するための少なくとも１つの測定位
    置が配置さ几ていることを特徴とする方法。
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