液体検出装置及び液体検出方法
【課題】容器内の液面位置及び液体量の計測にあたり、数１０〜数１００ｍｍオーダ程度の計測を可能とし、チルト発生による誤検出を抑制する。
【解決手段】内部で液体３４が上下に変動する液体タンク３０の上面方向外側に発光部１６を配置し、液体タンク下面３０Ｂの外側に受光部１８を配置する。前記発光部１６から照射された光は、液体タンク上面３０Ａの内側に配置されたプリズム３８を通過して、一定の照射領域を有する２つのビームに分岐し、２方向から液体３４に入射して受光部１８に到達する。前記受光部１８には、マイコン制御回路２０が接続されている。前記マイコン制御回路２０は、受光部１８によって検出された２方向の照射光の受光強度の信号を受けて、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記液体タンク３０内の液面３６の位置及び液体量を算定して出力する。
【解決手段】内部で液体３４が上下に変動する液体タンク３０の上面方向外側に発光部１６を配置し、液体タンク下面３０Ｂの外側に受光部１８を配置する。前記発光部１６から照射された光は、液体タンク上面３０Ａの内側に配置されたプリズム３８を通過して、一定の照射領域を有する２つのビームに分岐し、２方向から液体３４に入射して受光部１８に到達する。前記受光部１８には、マイコン制御回路２０が接続されている。前記マイコン制御回路２０は、受光部１８によって検出された２方向の照射光の受光強度の信号を受けて、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記液体タンク３０内の液面３６の位置及び液体量を算定して出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内の液面位置及び液体量を検出するための液体検出装置及び液体検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
容器内の液体残量を検出するための技術としては、例えば、特許文献１に開示された液体収納容器がある。該特許文献１には、インクタンク内部に光源からの光を表示部に案内する導光手段を有し、インクタンク内部に収納されたインクによって導光を制御する構成が開示されている。また、下記特許文献２には、容器の上部に、投光部及び受光部を有するセンサを配置し、容器内の液面に投光部からの光を上方から斜めに照射し、容器の底部で反射した光の受光位置を捉えることで容器内の液体の残量を測定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４５６３７号公報
【特許文献２】実開昭４８−１４２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１は、光の反射／透過のメカニズムを利用しているため、測定可能エリアは、同文献第１図の符号１５で示す傾斜部に限定されており、測定可能範囲は狭い。なおかつ、長距離伝送が必要であるため、指向性のある光源が必要となる。指向性を有する光源としてはＬＤなどが挙げられるが、これらは安価な光源であるＬＥＤに対してコスト高となってしまう。また、前記特許文献２に記載の技術は、光の屈折メカニズムを利用しているが、チルト発生において（チルトとは、容器内の液面が容器に対して傾くことをいう）、液体面に対する光の入射角度が変化し、誤検出が大きく発生するという不都合がある。このように、上述した背景技術においては、測定可能範囲が狭い，チルト発生において誤検出が発生しやすいという課題があった。そして、これらの不具合により、液体（燃料など）の残量検出において分割能が得られず、なおかつ、モバイルシステムなどへの転用は不可能であった。
【０００５】
本発明は、以上のような点に着目したもので、容器内の液面位置及び液体量の計測にあたり、数１０〜数１００ｍｍオーダ程度と計測可能範囲が広く、チルトに対する誤検出の抑制が可能な液体検出装置及び液体検出方法を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上面と下面を有する容器内で液面が上下に変動する液体の液面位置及び液体量の検出において、前記容器の上面方向に配置された光源から、少なくとも異なる２方向を含むように、前記容器内の液面に、一定の照射領域を有する照射光を入射させて、前記容器の下面外側に到達させ、前記容器下面の外側に配設された受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出し、前記受光素子からの受光強度の信号を受ける処理回路によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することを特徴とする。
【０００７】
他の発明は、上面と下面を有する容器内で液面が上下に変動する液体の液面位置及び液体量の検出において、前記液体の上面方向に配置された光源から、少なくとも異なる２方向で前記容器内の液面に照射光を入射させて、それぞれ前記容器の下面外側に到達させ、前記容器下面の外側に配設された受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して、それぞれの受光位置を検出し、前記受光素子からの受光位置の信号を受ける処理回路によって、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内部で液体が上下に変動する容器の上面方向に光源を配置し、前記容器の下面外側に受光素子を配置するとともに、(1)前記光源から、少なくとも異なる２方向を含むように、前記容器内の液面に、一定の照射領域を有する照射光を入射させて、前記容器の下面外側に到達させ、前記受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出し、前記受光素子からの受光強度の信号を受ける処理回路によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することを特徴とする。あるいは、(2)前記光源から、少なくとも異なる２方向で前記容器内の液面に照射光を入射させて、それぞれ前記容器の下面外側に到達させ、前記受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して、それぞれの受光位置を検出し、前記受光素子からの受光位置の信号を受ける処理回路によって、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することとした。このため、液面位置の高低にかかわらず測定が可能となり、計測可能範囲が広がり、チルトに対する誤検出の抑制も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、(A)は本実施例の主要部を示す側面図，(B)は本実施例の全体構成を示す模式図である。
【図２】前記実施例１を示す図であり、(A-1)及び(B-1)は、２照射光の受光位置の間隔と液面高さの関係を示す図，(A-2)及び(B-2)は、受光素子による分割ビームの受光部分を示す平面図であり、受光位置の間隔を受光強度としてとらえるための構成を示す。
【図３】前記実施例１を示す図であり、(A-1)及び(B-1)は、チルト発生前後における２照射光の受光位置の間隔と液面高さの関係を示す図，(A-2)及び(B-2)は、受光素子による分割ビームの受光部分を示す平面図であり、受光位置の間隔を受光強度としてとらえるための構成を示す。
【図４】前記実施例１を示す図であり、(A)は受光素子の＋ｘ座標と液面高さの相関関係を示す図，(B)はチルトの発生がない場合と、チルト発生がある場合の実測及びシミュレーションによる液量と分割ビームの受光位置の間隔との関係を示す図である。
【図５】前記実施例１の応用例を示す図である。
【図６】前記実施例１の変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施例２を示す図であり、(A)は本実施例の主要部を示す外観斜視図，(B-1)及び(B-2)は、受光素子による照射光の受光部分を示す平面図，(C-1)及び(C-2)は、本実施例の変形例を示す図である。
【図８】本発明の実施例３を示す図であり、(A)は本実施例の主要部を示す側面図，(B)は変形例を示す外観斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
最初に、図１〜図６を参照しながら、本発明の実施例１を説明する。本発明は、光を用いた計測手法として、従来の手法では計測が難しい数１０〜数１００ｍｍオーダの広い範囲での計測が可能であって、容器内の液面位置及び液体量を検出するためのものである。上述した先行技術においては、計測可能範囲が狭い，チルト発生において誤検出が発生しやすい，という課題があったため、液体（燃料など）の残量検出において分解能が得られず、モバイルシステムなどへの転用は不可能であった。本発明では、このような不具合を鑑み、液体による光の屈折を利用して液面位置及び液体残量の検出を実現させつつ、 チルト発生時に正確に計測ができるようにビーム（照射光）を２分岐し、その分岐ビームの受光位置間隔の代用特性として受光強度を検出する方式としたものである。
【００１２】
図１(A)は本実施例の主要部を示す側面図，図１(B)は本実施例の全体構成を示す模式図である。図２(A-1)及び(B-1)は、受光位置の間隔と液面高さの関係を示す図，図２(A-2)及び(B-2)は、受光素子による分割ビームの受光部分を示す平面図であり、受光位置の間隔を受光強度としてとらえるための構成を示し、図１(A)を矢印Ｆ１方向から見た図に相当する。図３(A-1)及び(B-1)は、チルト発生前後における受光素子の受光位置の間隔と液面高さの関係を示す図，図３(A-2)及び(B-2)は、受光素子による分割ビームの受光部分を示す平面図であり、受光位置の間隔を受光強度としてとらえるための構成を示す。図４(A)は受光素子の＋ｘ座標と液面高さの相関関係を示す図，(B)はチルト発生がない場合と、チルト発生がある場合の実測及びシミュレーションによる液量と分割ビームの受光位置の間隔との関係を示す図である。図５及び図６については後述する。
【００１３】
本実施例の液体検出装置１０は、図１(B)に示すように、上部１２Ａ及び下部１２Ｂと、回路収納部１２Ｃからなる略コ字状の筐体１２の収納部１４に、液体タンク３０を収納した構成となっている。前記液体タンク３０は、上面３０Ａと下面３０Ｂを有しており、収納される液体３４の液面３６は上下に変動する。前記上面３０Ａには、液体３４を注入・排出するための注入排出口３２が設けられている。該液体タンク３０は、例えば、アクリルやＰＰなどの光の透過が可能な透明材質により形成されている。また、本実施例では、前記上面３０Ａの内側に、後述する光源すなわち発光部（ＬＥＤ）１６からの照射光を制御するためのプリズム３８が設けられている。図示の例では、前記プリズム３８は、２つの出射面３８Ａ，３８Ｂを有する断面が直角二等辺三角形であって、例えば、ＢＫ７（ホウケイ酸塩クラウン光学ガラス）などにより形成されている。
【００１４】
一方、前記筐体１２の上部１２Ａは、前記液体タンク３０の上面３０Ａの外側に位置することになり、該上部１２Ｂの中には、発光部（光源）１６としてＬＥＤ（発光ダイオード）が設けられている。該発光部１６は、少なくとも異なる２方向を含むように、前記液体タンク３０内の液面３６に入射し、一定の領域を有し、前記液体タンク３０の下面３０Ｂの外側に達する照射光を発するものである。本実施例においては、プリズム３８の出射面３８Ａ，３８Ｂから出射される２方向のビームが図示されている。また、前記筐体１２の下部１２Ｂは、前記液体タンク３０の下面３０Ｂの外側に位置しており、該下部１２Ｂ内には、受光部１８が配設されている。該受光部１８は、前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出するものであって、本実施例では、ＰＤ（フォトダイオード）が用いられる。また、前記受光部１８は、本実施例では、１つのＰＤを用いており、分割されたビームの照射領域のそれぞれが、前記ＰＤの対向する両端部にかかるような寸法，配置となっている（図１(A)のビーム領域Ｂ１及びＢ２参照）。更に、前記筐体１２の回路収納部１２Ｃには、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換部２２及びマイコン（マイクロコンピュータ）制御回路２０が収納されている。前記発光部１６は、マイコン制御回路２０に接続され、前記受光部１８は、前記Ｉ−Ｖ変換部２２を介してマイコン制御回路２０に接続されている。
【００１５】
前記マイコン制御回路２０は、前記受光部１８から受光強度の信号を受けて、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記液体タンク３０内の液面３６の位置及び液体量を算定して出力する処理回路である。本実施例の構成によれば、例えば、図２(A-1)に示すように、液面高さが６０ｍｍのとき，すなわち、液体３４の残量が多いときには、分岐ビーム同士の間隔は狭く、図２(A-2)に示すように受光強度は大きい。一方、図２(B-1)に示すように、液面高さが１０ｍｍのとき，すなわち、液体３４の残量が少ないときには、分岐ビーム同士の間隔は広くなり、図２(B-2)に示すように受光強度は小さくなる。このように受光強度と液面位置には相関関係があり、あらかじめ、各種条件ごとに相関関係を調査しておくことにより、受光強度の実測値から、液面高さを算出することが可能となる。さらに容器の底面積などから液体量を算出することが可能となる。一例を示すと、下記表１には、光源角度が４５°，液体タンク３０の深さが７０ｍｍ，液体３４の屈折率が１．３，光源として赤色ＬＥＤを使用し、空気深さＨａと液面高さＨｓを変化させた場合の受光部１８（ＰＤ）のｘ座標が示されており、図４(A)には、前記表１を図にしたものが示されている。図４(A)中、実線部分は、液面高さＨｓが６０ｍｍのときの照射光の進行を示し、他の点線は、それぞれ液面高さＨｓが５０，４０，３０，２０，１０，０ｍｍの場合の照射光の進行の様子を示している。
【表１】
【００１６】
また、従来技術の特許文献２では、光路が一方向であったため、チルトが生じたとき照射光は液面で屈折するたびに受光位置が本来の位置から遠のいてしまっていたが、本実施例の構成によれば、２方向の照射光は、何れも上面方向から液面３６に入射しているので、液面３６が図３(A-1)に示す水平の状態から図３(B-1)に示すように傾斜したときに、それぞれ同じ方向に屈折するので、同じ方向に受光位置がずれる。屈折後のビーム領域Ｂ１及びＢ２のずれが、図３(B-2)に示されている。従って、チルト発生においても、傾斜に対しては、照射光は相殺方向に動くので、受光強度は変化せず、誤検出は発生しない。図４(B)は、チルトの発生がない場合の実測と、チルト４５°（液面の傾斜が容器の上下面に対して４５°傾斜する状態）発生時の実測と、チルト４５°発生時における液量と受光位置の間隔の関係をプロットした図である。同図４に示すように、チルトの発生がない場合と、チルトの発生がある場合（実測及びシミュレーション）の結果が一致しており、本実施例がチルト発生により誤検出が生じないことが確認できた。
【００１７】
このように、実施例１によれば、液体タンク３０内で液面３６が上下に変動する液体３４の液面位置及び液体量の検出において、液体タンク上面３０Ａ方向外側に配置された発光部１６から２方向で、液面３６に一定の照射領域を有する照射光を入射させて、液体タンク下面３０Ｂの外側に到達させる。そして、受光部１８によって、前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出し、該受光強度の信号を受けるマイコン制御回路２０によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、液体タンク３０内の液面の位置及び液体残量を算定して出力することとしたので、次のような効果がある。
(1)数１０〜数１００ｍｍオーダ程度の広い範囲での計測が可能となる。
(2)２方向の照射光が液面３６に入射し、下面で相対位置を捉えることで、液面３６が液体タンク３０の上下面に対して傾斜したときでも、傾斜による液面３６の測定値変動を抑え、チルト発生による誤検出を防止することができる。
(3)密閉された液体タンク３０内の液面３６の位置を外部から非接触で測定でき、また、液体タンク３０内の液体３４の光学的な液面位置から、液体残量を知ることができる。
(4)照射光が一定の領域（ビーム領域Ｂ１，Ｂ２）を有しているため、部分的な液面３６の小波などの影響を受けにくく、ばらつきの少ない安定した測定値を得ることができる。
(5)光源（発光部１６）からの照射光を制御する手段としてプリズム３８を使用することとしたので、相対角度が安定した２方向の照射光を効率的に得ることができる。
(6)１つの受光素子（受光部１８）の対向する両端部に、分岐された照射光の各照射領域がかかっており、１つの受光素子で２照射光の相対的な受光位置を反映した受光強度すなわち受光電圧を得ることができるため、コストの低減が可能である。
【００１８】
＜応用例＞・・・次に、図５を参照して、本実施例の応用例について説明する。図５は、本実施例の液体検出装置を利用した燃料電池システム１００を示すブロック図である。前記燃料電池システム１００は、メタノールを燃料とするシステムであって、液体タンク３０（メタノール貯蔵タンク）には、注入排出口３２からメタノールが注入され、貯蔵される。該液体タンク３０には、ポンプ１０２および燃料供給装置１１２を介して発電機１０６が接続され、該発電機１０６は、燃料電池システム制御モジュール１１０に接続されている。また、前記液体タンク３０には、受光部１８（残量センサ）が設けられ該受光部１８には、Ｉ−Ｖ変換部２２を介してマイコン制御回路２０が接続され、さらに該マイコン制御回路２０は前記燃料電池システム制御モジュール１１０内のモジュール制御回路１０８に接続されている。また前記燃料電池システム制御モジュール１１０は、燃料供給装置１１２および表示装置１０４に接続されている。燃料電池システム制御モジュール１１０はモジュール制御回路１０８においてマイコン制御回路２０からメタノールの残量の情報を得て、表示装置１０４に残量表示をするよう指令を出す。また発電機１０６からの発電電圧情報に応じて、燃料供給装置１１２に対して、液体タンク３０内のメタノールが安定的に発電機１０６に供給されるように指令を出す。
【００１９】
＜変形例＞・・・次に、図６を参照しながら、本実施例の変形例について説明する。前記図１に示した例では、照射光制御手段としてプリズム３８を用いることとしたが、他の照射光制御手段を利用することも可能である。例えば、図６(A)に示す液体検出装置５０では、液体タンク上面３０Ａの外側に、開口部５４を有する遮光板５２を配置することにより、照射光が２方向から液面３６に入射する構成となっている。また、図６(B)に示す液体検出装置６０は、発光部１６からの照射光の向きを制御する手段として、反射板６２Ａ及び６２Ｂと、遮光板６２Ｃを用いた例である。また、図６(C)に示す液体検出装置７０は、液体タンク上面３０Ａの中央部からずれて配置された発光部１６から、光ファイバ７２Ａ及び７２Ｂを介して液体タンク上面３０Ａの所定位置に光を導くことで、照射光が２方向から液面３６に入射する構成となっている。前記図６(A)〜(C)のいずれの構成とした場合であっても、上述した液体検出装置１０と同様の効果が得られる。
【実施例２】
【００２０】
次に、図７を参照しながら本発明の実施例２を説明する。上述した実施例では、照射光を２方向から液面３６に入射させる構成としたが、本発明は、２方向からの入射のみに限定されるものではなく、少なくとも２方向から入射される照射光を利用する構成であればよい。本実施例では、多数の方向から照射光を入射させるようにした例であって、図７(A)には本実施例の主要部を示す外観斜視図が示され、(B-1)及び(B-2)には、受光素子による照射光の受光部分を示す平面図が示され、(C-1)及び(C-2)には、本実施例の変形例が示されている。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には、同一の符号を用いることとする（以下の実施例についても同様）。
【００２１】
図７(A)に示すように、本実施例の液体検出装置８０は、液体タンク３０の上面方向外側に配置された光源すなわち発光部１６から照射された光が、照射光制御手段を介することなく、拡散光として一定の領域を持ち多方向から液体タンク３０内部の液面３６に入射している（図７(A)には、照射光のうち４方向のビームのみを図示）。照射光を多方向から入射させることにより、受光領域の外周は、円形に近似することとなる。従って、本実施例では、受光部１８Ｃとして、ビーム領域Ｂ３の外周部よりも外径が小さい受光素子（ＰＤ）を用い、受光素子をビーム領域が覆うように配置される。前記受光部１８Ｃには、前記実施例１と同様のマイコン制御回路２０が接続されている（図示せず）。本実施例においては、受光電圧が大きいときは、図７(B-1)に示すように、ビーム領域Ｂ３の面積が狭くなるときで、受光電圧が小さいときは、図７(B-2)に示すように、ビーム領域Ｂ３の面積が広がるときである。従って、液面３６の上下を、受光強度すなわち受光電圧で捉えることができ、また、液面３６が傾斜したときに、その影響を相殺するように軽減することが可能となる。
【００２２】
本実施例の基本的な効果は上述した実施例１と同様であるが、本実施例では、照射光制御手段を利用していないため、プリズム３８などの部品を省くことができる。また、部分的な液面３６の小波などの影響を受けずに、安定して測定値を得ることが可能となる。更に、発光部１６からの照射光の角度調整や、受光部１８の位置調整などの調整が容易であり、これらに起因する測定ばらつきが少なくなり、より正確に安定した測定値を得ることができる。なお、本実施例では、液面３６の位置にかかわらず常に受光している中央部の光は、電圧変動を見るのに不要であるため、図７(C-1)に示す例のように、ビーム領域Ｂ４がリング状となるように、鉛直下方の照射光を遮光する図示しない照射光制御手段を設けてもよい。あるいは、図７(C-2)に示す例のように、リング状の受光部１８Ｄを利用してもよい。
【実施例３】
【００２３】
次に、図８を参照しながら、本発明の実施例３を説明する。図８(A)は、本実施例の主要部を示す側面図，図８(B)は本実施例の変形例の主要部を示す外観斜視図である。上述した実施例１及び２においては、照射光は、所定の領域を有し、少なくとも２方向を含むように液体タンク３０内の液体３４の液面３６に入射する構成としたが、本実施例は、照射光がスポット状の場合の構成を示している。まず、図８(A)に示す液体検出装置１５０では、液体タンク下面３０Ａ側に配置される受光部（図示の例ではＰＳＤ：光位置センサを使用）１５２Ａ，１５２Ｂは、前記実施例１と同様にプリズム３８によって２方向に分岐し、液体３４を通過したビームをそれぞれ受光するものであって、２つの相対的な受光位置（電圧信号）を捉えるように配設されている。本実施例では、前記受光部１５２Ａ，１５２Ｂにより受光される照射光のビーム領域Ｂ５，Ｂ６は、スポット状である。また、前記受光部１５２Ａ，１５２Ｂは、図示しない処理回路に接続されており、該処理回路においては、前記受光部１５２Ａ，１５２Ｂからの受光位置の信号を受けて、前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、液体タンク３０内の液面３６の位置及び液体量が算定され出力される。
【００２４】
本実施例においても、数１０〜数１００ｍｍオーダでの広い範囲での計測が可能である点と、チルト発生による誤検出防止，及び、密閉された液体タンク３０内の液面３６の位置及び残量の検出が可能な点は、上述した実施例１と同様である。また、プリズム３８を用いた場合に照射光を効率的に利用可能となる点も同様である。なお、本実施例においても、少なくとも２方向から液面３６に照射光が入射する構成であればよく、図８(B)には、４方向から入射させることとした液体検出装置１６０が示されている。該液体検出装置１６０においては、プリズム３８に代えて、液体タンク上面３０Ａの外側上方に、４つの開口部１６４を有する遮光板１６２を設けることで、所望の４方向から照射光が液面３６に入射する構成となっている。また、液体タンク下面３０Ｂの外側下方には、４方向に分岐した照射光のそれぞれを受ける受光部１６６Ａ〜１６６Ｄが配置されており、これら受光部１６６Ａ〜１６６Ｄにおけるビーム領域Ｂ７〜Ｂ１０は、スポット状である。本実施例においても、前記実施例１と同様に、プリズム３８や遮光板１６２以外の照射光制御手段を利用してもよい。
【００２５】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例における形状，寸法は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(2)前記実施例における各部を構成する材料についても、同様の効果を奏する範囲内において変更可能である。
(3)前記実施例１及び実施例３で示した照射光制御手段も一例であり、同様の効果を奏するものであれば、他の照射光制御手段を用いてもよい。また、前記実施例２に示したように、前記照射光制御手段は、必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設けるようにすればよい。
(4)前記実施例で示した発光部１６の配置も一例であり、例えば、図９に示す液体検出装置１７０のように、液体タンク３０の上面３０Ａの中央からずれた位置に発光部１６を設ける構成としても、照射光が異なる入射角で液面３６に入射すれば、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
(5)発光部や受光部は容器内部に配置してもよい。照射光が容器を透過する際に弱まることがないので、照射光を効率よく利用することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、内部で液体が上下に変動する容器の上面方向に光源を配置し、前記容器の下面外側に受光素子を配置するとともに、(1)前記光源から、少なくとも異なる２方向を含むように、前記容器内の液面に、一定の照射領域を有する照射光を入射させて、前記容器の下面外側に到達させ、前記受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出し、前記受光素子からの受光強度の信号を受ける処理回路によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することを特徴とする。あるいは、(2)前記光源から、少なくとも異なる２方向で前記容器内の液面に照射光を入射させて、それぞれ前記容器の下面外側に到達させ、前記受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して、それぞれの受光位置を検出し、前記受光素子からの受光位置の信号を受ける処理回路によって、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することとした。このため、計測可能範囲が広がり、チルトに対する誤検出の抑制も可能となるため、容器内の液体の液面位置及び液体量の検出の用途に適用できる。特に、モバイル用電子機器の液体燃料容器の用途などに好適である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：液体検出装置
１２：筐体
１２Ａ：上部
１２Ｂ：下部
１２Ｃ：回路収納部
１４：収納部
１６：発光部（ＬＥＤ）
１８，１８Ａ〜１８Ｄ：受光部（ＰＤ）
２０：マイコン制御回路
２２：Ｉ−Ｖ変換部
３０：液体タンク
３０Ａ：上面
３０Ｂ：下面
３２：注入排出口
３４：液体
３６：液面
３８：プリズム
３８Ａ，３８Ｂ：出射面
５０，６０，７０：液体検出装置
５２：遮光板
５４：開口部
６２Ａ，６２Ｂ：反射板
６２Ｃ：遮光板
７２Ａ，７２Ｂ：光ファイバ
８０：液体検出装置
１００：燃料電池システム
１０２：ポンプ
１０４：表示装置
１０６：発電機
１０８：モジュール制御回路
１１０：燃料電池システム制御モジュール
１１２：燃料供給装置
１５０：液体検出装置
１５２Ａ，１５２Ｂ：受光部（ＰＳＤ）
１６０：液体検出装置
１６２：遮光板
１６４：開口部
１６６Ａ〜１６６Ｄ：受光部（ＰＳＤ）
１７０：液体検出装置
Ｂ１〜Ｂ１０：ビーム領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内の液面位置及び液体量を検出するための液体検出装置及び液体検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
容器内の液体残量を検出するための技術としては、例えば、特許文献１に開示された液体収納容器がある。該特許文献１には、インクタンク内部に光源からの光を表示部に案内する導光手段を有し、インクタンク内部に収納されたインクによって導光を制御する構成が開示されている。また、下記特許文献２には、容器の上部に、投光部及び受光部を有するセンサを配置し、容器内の液面に投光部からの光を上方から斜めに照射し、容器の底部で反射した光の受光位置を捉えることで容器内の液体の残量を測定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４５６３７号公報
【特許文献２】実開昭４８−１４２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１は、光の反射／透過のメカニズムを利用しているため、測定可能エリアは、同文献第１図の符号１５で示す傾斜部に限定されており、測定可能範囲は狭い。なおかつ、長距離伝送が必要であるため、指向性のある光源が必要となる。指向性を有する光源としてはＬＤなどが挙げられるが、これらは安価な光源であるＬＥＤに対してコスト高となってしまう。また、前記特許文献２に記載の技術は、光の屈折メカニズムを利用しているが、チルト発生において（チルトとは、容器内の液面が容器に対して傾くことをいう）、液体面に対する光の入射角度が変化し、誤検出が大きく発生するという不都合がある。このように、上述した背景技術においては、測定可能範囲が狭い，チルト発生において誤検出が発生しやすいという課題があった。そして、これらの不具合により、液体（燃料など）の残量検出において分割能が得られず、なおかつ、モバイルシステムなどへの転用は不可能であった。
【０００５】
本発明は、以上のような点に着目したもので、容器内の液面位置及び液体量の計測にあたり、数１０〜数１００ｍｍオーダ程度と計測可能範囲が広く、チルトに対する誤検出の抑制が可能な液体検出装置及び液体検出方法を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上面と下面を有する容器内で液面が上下に変動する液体の液面位置及び液体量の検出において、前記容器の上面方向に配置された光源から、少なくとも異なる２方向を含むように、前記容器内の液面に、一定の照射領域を有する照射光を入射させて、前記容器の下面外側に到達させ、前記容器下面の外側に配設された受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出し、前記受光素子からの受光強度の信号を受ける処理回路によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することを特徴とする。
【０００７】
他の発明は、上面と下面を有する容器内で液面が上下に変動する液体の液面位置及び液体量の検出において、前記液体の上面方向に配置された光源から、少なくとも異なる２方向で前記容器内の液面に照射光を入射させて、それぞれ前記容器の下面外側に到達させ、前記容器下面の外側に配設された受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して、それぞれの受光位置を検出し、前記受光素子からの受光位置の信号を受ける処理回路によって、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内部で液体が上下に変動する容器の上面方向に光源を配置し、前記容器の下面外側に受光素子を配置するとともに、(1)前記光源から、少なくとも異なる２方向を含むように、前記容器内の液面に、一定の照射領域を有する照射光を入射させて、前記容器の下面外側に到達させ、前記受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出し、前記受光素子からの受光強度の信号を受ける処理回路によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することを特徴とする。あるいは、(2)前記光源から、少なくとも異なる２方向で前記容器内の液面に照射光を入射させて、それぞれ前記容器の下面外側に到達させ、前記受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して、それぞれの受光位置を検出し、前記受光素子からの受光位置の信号を受ける処理回路によって、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することとした。このため、液面位置の高低にかかわらず測定が可能となり、計測可能範囲が広がり、チルトに対する誤検出の抑制も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、(A)は本実施例の主要部を示す側面図，(B)は本実施例の全体構成を示す模式図である。
【図２】前記実施例１を示す図であり、(A-1)及び(B-1)は、２照射光の受光位置の間隔と液面高さの関係を示す図，(A-2)及び(B-2)は、受光素子による分割ビームの受光部分を示す平面図であり、受光位置の間隔を受光強度としてとらえるための構成を示す。
【図３】前記実施例１を示す図であり、(A-1)及び(B-1)は、チルト発生前後における２照射光の受光位置の間隔と液面高さの関係を示す図，(A-2)及び(B-2)は、受光素子による分割ビームの受光部分を示す平面図であり、受光位置の間隔を受光強度としてとらえるための構成を示す。
【図４】前記実施例１を示す図であり、(A)は受光素子の＋ｘ座標と液面高さの相関関係を示す図，(B)はチルトの発生がない場合と、チルト発生がある場合の実測及びシミュレーションによる液量と分割ビームの受光位置の間隔との関係を示す図である。
【図５】前記実施例１の応用例を示す図である。
【図６】前記実施例１の変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施例２を示す図であり、(A)は本実施例の主要部を示す外観斜視図，(B-1)及び(B-2)は、受光素子による照射光の受光部分を示す平面図，(C-1)及び(C-2)は、本実施例の変形例を示す図である。
【図８】本発明の実施例３を示す図であり、(A)は本実施例の主要部を示す側面図，(B)は変形例を示す外観斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
最初に、図１〜図６を参照しながら、本発明の実施例１を説明する。本発明は、光を用いた計測手法として、従来の手法では計測が難しい数１０〜数１００ｍｍオーダの広い範囲での計測が可能であって、容器内の液面位置及び液体量を検出するためのものである。上述した先行技術においては、計測可能範囲が狭い，チルト発生において誤検出が発生しやすい，という課題があったため、液体（燃料など）の残量検出において分解能が得られず、モバイルシステムなどへの転用は不可能であった。本発明では、このような不具合を鑑み、液体による光の屈折を利用して液面位置及び液体残量の検出を実現させつつ、 チルト発生時に正確に計測ができるようにビーム（照射光）を２分岐し、その分岐ビームの受光位置間隔の代用特性として受光強度を検出する方式としたものである。
【００１２】
図１(A)は本実施例の主要部を示す側面図，図１(B)は本実施例の全体構成を示す模式図である。図２(A-1)及び(B-1)は、受光位置の間隔と液面高さの関係を示す図，図２(A-2)及び(B-2)は、受光素子による分割ビームの受光部分を示す平面図であり、受光位置の間隔を受光強度としてとらえるための構成を示し、図１(A)を矢印Ｆ１方向から見た図に相当する。図３(A-1)及び(B-1)は、チルト発生前後における受光素子の受光位置の間隔と液面高さの関係を示す図，図３(A-2)及び(B-2)は、受光素子による分割ビームの受光部分を示す平面図であり、受光位置の間隔を受光強度としてとらえるための構成を示す。図４(A)は受光素子の＋ｘ座標と液面高さの相関関係を示す図，(B)はチルト発生がない場合と、チルト発生がある場合の実測及びシミュレーションによる液量と分割ビームの受光位置の間隔との関係を示す図である。図５及び図６については後述する。
【００１３】
本実施例の液体検出装置１０は、図１(B)に示すように、上部１２Ａ及び下部１２Ｂと、回路収納部１２Ｃからなる略コ字状の筐体１２の収納部１４に、液体タンク３０を収納した構成となっている。前記液体タンク３０は、上面３０Ａと下面３０Ｂを有しており、収納される液体３４の液面３６は上下に変動する。前記上面３０Ａには、液体３４を注入・排出するための注入排出口３２が設けられている。該液体タンク３０は、例えば、アクリルやＰＰなどの光の透過が可能な透明材質により形成されている。また、本実施例では、前記上面３０Ａの内側に、後述する光源すなわち発光部（ＬＥＤ）１６からの照射光を制御するためのプリズム３８が設けられている。図示の例では、前記プリズム３８は、２つの出射面３８Ａ，３８Ｂを有する断面が直角二等辺三角形であって、例えば、ＢＫ７（ホウケイ酸塩クラウン光学ガラス）などにより形成されている。
【００１４】
一方、前記筐体１２の上部１２Ａは、前記液体タンク３０の上面３０Ａの外側に位置することになり、該上部１２Ｂの中には、発光部（光源）１６としてＬＥＤ（発光ダイオード）が設けられている。該発光部１６は、少なくとも異なる２方向を含むように、前記液体タンク３０内の液面３６に入射し、一定の領域を有し、前記液体タンク３０の下面３０Ｂの外側に達する照射光を発するものである。本実施例においては、プリズム３８の出射面３８Ａ，３８Ｂから出射される２方向のビームが図示されている。また、前記筐体１２の下部１２Ｂは、前記液体タンク３０の下面３０Ｂの外側に位置しており、該下部１２Ｂ内には、受光部１８が配設されている。該受光部１８は、前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出するものであって、本実施例では、ＰＤ（フォトダイオード）が用いられる。また、前記受光部１８は、本実施例では、１つのＰＤを用いており、分割されたビームの照射領域のそれぞれが、前記ＰＤの対向する両端部にかかるような寸法，配置となっている（図１(A)のビーム領域Ｂ１及びＢ２参照）。更に、前記筐体１２の回路収納部１２Ｃには、Ｉ−Ｖ（電流−電圧）変換部２２及びマイコン（マイクロコンピュータ）制御回路２０が収納されている。前記発光部１６は、マイコン制御回路２０に接続され、前記受光部１８は、前記Ｉ−Ｖ変換部２２を介してマイコン制御回路２０に接続されている。
【００１５】
前記マイコン制御回路２０は、前記受光部１８から受光強度の信号を受けて、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記液体タンク３０内の液面３６の位置及び液体量を算定して出力する処理回路である。本実施例の構成によれば、例えば、図２(A-1)に示すように、液面高さが６０ｍｍのとき，すなわち、液体３４の残量が多いときには、分岐ビーム同士の間隔は狭く、図２(A-2)に示すように受光強度は大きい。一方、図２(B-1)に示すように、液面高さが１０ｍｍのとき，すなわち、液体３４の残量が少ないときには、分岐ビーム同士の間隔は広くなり、図２(B-2)に示すように受光強度は小さくなる。このように受光強度と液面位置には相関関係があり、あらかじめ、各種条件ごとに相関関係を調査しておくことにより、受光強度の実測値から、液面高さを算出することが可能となる。さらに容器の底面積などから液体量を算出することが可能となる。一例を示すと、下記表１には、光源角度が４５°，液体タンク３０の深さが７０ｍｍ，液体３４の屈折率が１．３，光源として赤色ＬＥＤを使用し、空気深さＨａと液面高さＨｓを変化させた場合の受光部１８（ＰＤ）のｘ座標が示されており、図４(A)には、前記表１を図にしたものが示されている。図４(A)中、実線部分は、液面高さＨｓが６０ｍｍのときの照射光の進行を示し、他の点線は、それぞれ液面高さＨｓが５０，４０，３０，２０，１０，０ｍｍの場合の照射光の進行の様子を示している。
【表１】
【００１６】
また、従来技術の特許文献２では、光路が一方向であったため、チルトが生じたとき照射光は液面で屈折するたびに受光位置が本来の位置から遠のいてしまっていたが、本実施例の構成によれば、２方向の照射光は、何れも上面方向から液面３６に入射しているので、液面３６が図３(A-1)に示す水平の状態から図３(B-1)に示すように傾斜したときに、それぞれ同じ方向に屈折するので、同じ方向に受光位置がずれる。屈折後のビーム領域Ｂ１及びＢ２のずれが、図３(B-2)に示されている。従って、チルト発生においても、傾斜に対しては、照射光は相殺方向に動くので、受光強度は変化せず、誤検出は発生しない。図４(B)は、チルトの発生がない場合の実測と、チルト４５°（液面の傾斜が容器の上下面に対して４５°傾斜する状態）発生時の実測と、チルト４５°発生時における液量と受光位置の間隔の関係をプロットした図である。同図４に示すように、チルトの発生がない場合と、チルトの発生がある場合（実測及びシミュレーション）の結果が一致しており、本実施例がチルト発生により誤検出が生じないことが確認できた。
【００１７】
このように、実施例１によれば、液体タンク３０内で液面３６が上下に変動する液体３４の液面位置及び液体量の検出において、液体タンク上面３０Ａ方向外側に配置された発光部１６から２方向で、液面３６に一定の照射領域を有する照射光を入射させて、液体タンク下面３０Ｂの外側に到達させる。そして、受光部１８によって、前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出し、該受光強度の信号を受けるマイコン制御回路２０によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、液体タンク３０内の液面の位置及び液体残量を算定して出力することとしたので、次のような効果がある。
(1)数１０〜数１００ｍｍオーダ程度の広い範囲での計測が可能となる。
(2)２方向の照射光が液面３６に入射し、下面で相対位置を捉えることで、液面３６が液体タンク３０の上下面に対して傾斜したときでも、傾斜による液面３６の測定値変動を抑え、チルト発生による誤検出を防止することができる。
(3)密閉された液体タンク３０内の液面３６の位置を外部から非接触で測定でき、また、液体タンク３０内の液体３４の光学的な液面位置から、液体残量を知ることができる。
(4)照射光が一定の領域（ビーム領域Ｂ１，Ｂ２）を有しているため、部分的な液面３６の小波などの影響を受けにくく、ばらつきの少ない安定した測定値を得ることができる。
(5)光源（発光部１６）からの照射光を制御する手段としてプリズム３８を使用することとしたので、相対角度が安定した２方向の照射光を効率的に得ることができる。
(6)１つの受光素子（受光部１８）の対向する両端部に、分岐された照射光の各照射領域がかかっており、１つの受光素子で２照射光の相対的な受光位置を反映した受光強度すなわち受光電圧を得ることができるため、コストの低減が可能である。
【００１８】
＜応用例＞・・・次に、図５を参照して、本実施例の応用例について説明する。図５は、本実施例の液体検出装置を利用した燃料電池システム１００を示すブロック図である。前記燃料電池システム１００は、メタノールを燃料とするシステムであって、液体タンク３０（メタノール貯蔵タンク）には、注入排出口３２からメタノールが注入され、貯蔵される。該液体タンク３０には、ポンプ１０２および燃料供給装置１１２を介して発電機１０６が接続され、該発電機１０６は、燃料電池システム制御モジュール１１０に接続されている。また、前記液体タンク３０には、受光部１８（残量センサ）が設けられ該受光部１８には、Ｉ−Ｖ変換部２２を介してマイコン制御回路２０が接続され、さらに該マイコン制御回路２０は前記燃料電池システム制御モジュール１１０内のモジュール制御回路１０８に接続されている。また前記燃料電池システム制御モジュール１１０は、燃料供給装置１１２および表示装置１０４に接続されている。燃料電池システム制御モジュール１１０はモジュール制御回路１０８においてマイコン制御回路２０からメタノールの残量の情報を得て、表示装置１０４に残量表示をするよう指令を出す。また発電機１０６からの発電電圧情報に応じて、燃料供給装置１１２に対して、液体タンク３０内のメタノールが安定的に発電機１０６に供給されるように指令を出す。
【００１９】
＜変形例＞・・・次に、図６を参照しながら、本実施例の変形例について説明する。前記図１に示した例では、照射光制御手段としてプリズム３８を用いることとしたが、他の照射光制御手段を利用することも可能である。例えば、図６(A)に示す液体検出装置５０では、液体タンク上面３０Ａの外側に、開口部５４を有する遮光板５２を配置することにより、照射光が２方向から液面３６に入射する構成となっている。また、図６(B)に示す液体検出装置６０は、発光部１６からの照射光の向きを制御する手段として、反射板６２Ａ及び６２Ｂと、遮光板６２Ｃを用いた例である。また、図６(C)に示す液体検出装置７０は、液体タンク上面３０Ａの中央部からずれて配置された発光部１６から、光ファイバ７２Ａ及び７２Ｂを介して液体タンク上面３０Ａの所定位置に光を導くことで、照射光が２方向から液面３６に入射する構成となっている。前記図６(A)〜(C)のいずれの構成とした場合であっても、上述した液体検出装置１０と同様の効果が得られる。
【実施例２】
【００２０】
次に、図７を参照しながら本発明の実施例２を説明する。上述した実施例では、照射光を２方向から液面３６に入射させる構成としたが、本発明は、２方向からの入射のみに限定されるものではなく、少なくとも２方向から入射される照射光を利用する構成であればよい。本実施例では、多数の方向から照射光を入射させるようにした例であって、図７(A)には本実施例の主要部を示す外観斜視図が示され、(B-1)及び(B-2)には、受光素子による照射光の受光部分を示す平面図が示され、(C-1)及び(C-2)には、本実施例の変形例が示されている。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には、同一の符号を用いることとする（以下の実施例についても同様）。
【００２１】
図７(A)に示すように、本実施例の液体検出装置８０は、液体タンク３０の上面方向外側に配置された光源すなわち発光部１６から照射された光が、照射光制御手段を介することなく、拡散光として一定の領域を持ち多方向から液体タンク３０内部の液面３６に入射している（図７(A)には、照射光のうち４方向のビームのみを図示）。照射光を多方向から入射させることにより、受光領域の外周は、円形に近似することとなる。従って、本実施例では、受光部１８Ｃとして、ビーム領域Ｂ３の外周部よりも外径が小さい受光素子（ＰＤ）を用い、受光素子をビーム領域が覆うように配置される。前記受光部１８Ｃには、前記実施例１と同様のマイコン制御回路２０が接続されている（図示せず）。本実施例においては、受光電圧が大きいときは、図７(B-1)に示すように、ビーム領域Ｂ３の面積が狭くなるときで、受光電圧が小さいときは、図７(B-2)に示すように、ビーム領域Ｂ３の面積が広がるときである。従って、液面３６の上下を、受光強度すなわち受光電圧で捉えることができ、また、液面３６が傾斜したときに、その影響を相殺するように軽減することが可能となる。
【００２２】
本実施例の基本的な効果は上述した実施例１と同様であるが、本実施例では、照射光制御手段を利用していないため、プリズム３８などの部品を省くことができる。また、部分的な液面３６の小波などの影響を受けずに、安定して測定値を得ることが可能となる。更に、発光部１６からの照射光の角度調整や、受光部１８の位置調整などの調整が容易であり、これらに起因する測定ばらつきが少なくなり、より正確に安定した測定値を得ることができる。なお、本実施例では、液面３６の位置にかかわらず常に受光している中央部の光は、電圧変動を見るのに不要であるため、図７(C-1)に示す例のように、ビーム領域Ｂ４がリング状となるように、鉛直下方の照射光を遮光する図示しない照射光制御手段を設けてもよい。あるいは、図７(C-2)に示す例のように、リング状の受光部１８Ｄを利用してもよい。
【実施例３】
【００２３】
次に、図８を参照しながら、本発明の実施例３を説明する。図８(A)は、本実施例の主要部を示す側面図，図８(B)は本実施例の変形例の主要部を示す外観斜視図である。上述した実施例１及び２においては、照射光は、所定の領域を有し、少なくとも２方向を含むように液体タンク３０内の液体３４の液面３６に入射する構成としたが、本実施例は、照射光がスポット状の場合の構成を示している。まず、図８(A)に示す液体検出装置１５０では、液体タンク下面３０Ａ側に配置される受光部（図示の例ではＰＳＤ：光位置センサを使用）１５２Ａ，１５２Ｂは、前記実施例１と同様にプリズム３８によって２方向に分岐し、液体３４を通過したビームをそれぞれ受光するものであって、２つの相対的な受光位置（電圧信号）を捉えるように配設されている。本実施例では、前記受光部１５２Ａ，１５２Ｂにより受光される照射光のビーム領域Ｂ５，Ｂ６は、スポット状である。また、前記受光部１５２Ａ，１５２Ｂは、図示しない処理回路に接続されており、該処理回路においては、前記受光部１５２Ａ，１５２Ｂからの受光位置の信号を受けて、前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、液体タンク３０内の液面３６の位置及び液体量が算定され出力される。
【００２４】
本実施例においても、数１０〜数１００ｍｍオーダでの広い範囲での計測が可能である点と、チルト発生による誤検出防止，及び、密閉された液体タンク３０内の液面３６の位置及び残量の検出が可能な点は、上述した実施例１と同様である。また、プリズム３８を用いた場合に照射光を効率的に利用可能となる点も同様である。なお、本実施例においても、少なくとも２方向から液面３６に照射光が入射する構成であればよく、図８(B)には、４方向から入射させることとした液体検出装置１６０が示されている。該液体検出装置１６０においては、プリズム３８に代えて、液体タンク上面３０Ａの外側上方に、４つの開口部１６４を有する遮光板１６２を設けることで、所望の４方向から照射光が液面３６に入射する構成となっている。また、液体タンク下面３０Ｂの外側下方には、４方向に分岐した照射光のそれぞれを受ける受光部１６６Ａ〜１６６Ｄが配置されており、これら受光部１６６Ａ〜１６６Ｄにおけるビーム領域Ｂ７〜Ｂ１０は、スポット状である。本実施例においても、前記実施例１と同様に、プリズム３８や遮光板１６２以外の照射光制御手段を利用してもよい。
【００２５】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例における形状，寸法は一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(2)前記実施例における各部を構成する材料についても、同様の効果を奏する範囲内において変更可能である。
(3)前記実施例１及び実施例３で示した照射光制御手段も一例であり、同様の効果を奏するものであれば、他の照射光制御手段を用いてもよい。また、前記実施例２に示したように、前記照射光制御手段は、必ずしも設ける必要はなく、必要に応じて設けるようにすればよい。
(4)前記実施例で示した発光部１６の配置も一例であり、例えば、図９に示す液体検出装置１７０のように、液体タンク３０の上面３０Ａの中央からずれた位置に発光部１６を設ける構成としても、照射光が異なる入射角で液面３６に入射すれば、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。
(5)発光部や受光部は容器内部に配置してもよい。照射光が容器を透過する際に弱まることがないので、照射光を効率よく利用することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、内部で液体が上下に変動する容器の上面方向に光源を配置し、前記容器の下面外側に受光素子を配置するとともに、(1)前記光源から、少なくとも異なる２方向を含むように、前記容器内の液面に、一定の照射領域を有する照射光を入射させて、前記容器の下面外側に到達させ、前記受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出し、前記受光素子からの受光強度の信号を受ける処理回路によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することを特徴とする。あるいは、(2)前記光源から、少なくとも異なる２方向で前記容器内の液面に照射光を入射させて、それぞれ前記容器の下面外側に到達させ、前記受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して、それぞれの受光位置を検出し、前記受光素子からの受光位置の信号を受ける処理回路によって、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力することとした。このため、計測可能範囲が広がり、チルトに対する誤検出の抑制も可能となるため、容器内の液体の液面位置及び液体量の検出の用途に適用できる。特に、モバイル用電子機器の液体燃料容器の用途などに好適である。
【符号の説明】
【００２７】
１０：液体検出装置
１２：筐体
１２Ａ：上部
１２Ｂ：下部
１２Ｃ：回路収納部
１４：収納部
１６：発光部（ＬＥＤ）
１８，１８Ａ〜１８Ｄ：受光部（ＰＤ）
２０：マイコン制御回路
２２：Ｉ−Ｖ変換部
３０：液体タンク
３０Ａ：上面
３０Ｂ：下面
３２：注入排出口
３４：液体
３６：液面
３８：プリズム
３８Ａ，３８Ｂ：出射面
５０，６０，７０：液体検出装置
５２：遮光板
５４：開口部
６２Ａ，６２Ｂ：反射板
６２Ｃ：遮光板
７２Ａ，７２Ｂ：光ファイバ
８０：液体検出装置
１００：燃料電池システム
１０２：ポンプ
１０４：表示装置
１０６：発電機
１０８：モジュール制御回路
１１０：燃料電池システム制御モジュール
１１２：燃料供給装置
１５０：液体検出装置
１５２Ａ，１５２Ｂ：受光部（ＰＳＤ）
１６０：液体検出装置
１６２：遮光板
１６４：開口部
１６６Ａ〜１６６Ｄ：受光部（ＰＳＤ）
１７０：液体検出装置
Ｂ１〜Ｂ１０：ビーム領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と下面を有し、液面が上下に変動する液体を入れるための容器と、
該容器の上面方向に配置され、少なくとも異なる２方向を含むように前記容器内の液面に入射し、一定の領域を有し、前記容器の下面外側に達する照射光を発する光源と、
少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出するように、前記容器下面の外側に配設された受光素子と、
該受光素子から受光強度の信号を受けて、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力する処理回路と、
からなる液体検出装置。
【請求項２】
前記光源から照射される２方向以上の照射光の照射領域のそれぞれが、１つの受光素子の対向する両端部及び／又は周縁部にかかることを特徴とする請求項１記載の液体検出装置。
【請求項３】
上面と下面を有し、液体が上下に変動する液体を入れるための容器と、
該容器の上面方向に配設され、少なくとも異なる２方向から前記容器内の液面に入射し、それぞれ前記容器の下面外側に達する照射光を発する光源と、
少なくとも前記２方向の照射光を受光してそれぞれの受光位置を検出するように、前記容器下面外側に配設された受光素子と、
該受光素子から受光位置の信号を受けて、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力する処理回路と、
からなる液体検出装置。
【請求項４】
前記光源から液面へ照射する照射光を制御する照射光制御手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体検出装置。
【請求項５】
前記照射光制御手段として、プリズムを利用したことを特徴とする請求項４記載の液体検出装置。
【請求項６】
上面と下面を有する容器内で液面が上下に変動する液体の液面位置及び液体量を検出する液体検出方法であって、
前記容器の上面方向に配置された光源から、少なくとも異なる２方向を含むように、前記容器内の液面に、一定の照射領域を有する照射光を入射させて、前記容器の下面外側に到達させるステップと、
前記容器下面の外側に配設された受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出するステップと、
前記受光素子からの受光強度の信号を受ける処理回路によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力するステップと、
を含むことを特徴とする液体検出方法。
【請求項７】
上面と下面を有する容器内で液面が上下に変動する液体の液面位置及び液体量を検出する液体検出方法であって、
前記液体の上面方向に配置された光源から、少なくとも異なる２方向で前記容器内の液面に照射光を入射させて、それぞれ前記容器の下面外側に到達させるステップと、
前記容器下面の外側に配設された受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して、それぞれの受光位置を検出するステップと、
前記受光素子からの受光位置の信号を受ける処理回路によって、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力するステップと、
を含むことを特徴とする液体検出方法。
【請求項１】
上面と下面を有し、液面が上下に変動する液体を入れるための容器と、
該容器の上面方向に配置され、少なくとも異なる２方向を含むように前記容器内の液面に入射し、一定の領域を有し、前記容器の下面外側に達する照射光を発する光源と、
少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出するように、前記容器下面の外側に配設された受光素子と、
該受光素子から受光強度の信号を受けて、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力する処理回路と、
からなる液体検出装置。
【請求項２】
前記光源から照射される２方向以上の照射光の照射領域のそれぞれが、１つの受光素子の対向する両端部及び／又は周縁部にかかることを特徴とする請求項１記載の液体検出装置。
【請求項３】
上面と下面を有し、液体が上下に変動する液体を入れるための容器と、
該容器の上面方向に配設され、少なくとも異なる２方向から前記容器内の液面に入射し、それぞれ前記容器の下面外側に達する照射光を発する光源と、
少なくとも前記２方向の照射光を受光してそれぞれの受光位置を検出するように、前記容器下面外側に配設された受光素子と、
該受光素子から受光位置の信号を受けて、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力する処理回路と、
からなる液体検出装置。
【請求項４】
前記光源から液面へ照射する照射光を制御する照射光制御手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体検出装置。
【請求項５】
前記照射光制御手段として、プリズムを利用したことを特徴とする請求項４記載の液体検出装置。
【請求項６】
上面と下面を有する容器内で液面が上下に変動する液体の液面位置及び液体量を検出する液体検出方法であって、
前記容器の上面方向に配置された光源から、少なくとも異なる２方向を含むように、前記容器内の液面に、一定の照射領域を有する照射光を入射させて、前記容器の下面外側に到達させるステップと、
前記容器下面の外側に配設された受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して受光強度を検出するステップと、
前記受光素子からの受光強度の信号を受ける処理回路によって、あらかじめ相関付けた受光強度と液面位置の関係から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力するステップと、
を含むことを特徴とする液体検出方法。
【請求項７】
上面と下面を有する容器内で液面が上下に変動する液体の液面位置及び液体量を検出する液体検出方法であって、
前記液体の上面方向に配置された光源から、少なくとも異なる２方向で前記容器内の液面に照射光を入射させて、それぞれ前記容器の下面外側に到達させるステップと、
前記容器下面の外側に配設された受光素子によって、少なくとも前記２方向の照射光を受光して、それぞれの受光位置を検出するステップと、
前記受光素子からの受光位置の信号を受ける処理回路によって、少なくとも前記２方向の照射光の相対的な受光位置から、前記容器内の液面の位置及び液体量を算定して出力するステップと、
を含むことを特徴とする液体検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４１２０９（Ｐ２０１２−１４１２０９Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９３９４７（Ｐ２０１０−２９３９４７）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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