JP2014006171A - Non-contact liquid detection structure - Google Patents
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Abstract
【課題】液体からの光の透過光量の減少を防ぐことで部品の入手性を高め、検知に要す電力消費を低減して電気機器に広く活用できる非接触液体検知構成の提供を目的とする。
【解決手段】液体を蓄え光を透過する容器体1の外部に垂直以外の角度で光を入射させる発光素子4を配置し、また受光量に応じた電気信号を出力する受光素子5を容器体1の内部に液体が有る状態の光の進行方向で光を受光する配置とし、さらに受光素子5へ光が透過する容器体1の面には光の進行軸に対し略垂直の光透過平面部9を備えて、受光素子5の電気信号の変化から受光量の増加が判断できれば液体の有る状態を判定する構成とすれば、光透過平面部9を透過する光は液体側への反射が最小となり透過光量の減少が抑制されるために用いる素子の選定の幅が広がって入手性を高められ、検知に要す電力消費も低減可能となり、一般的な電気機器で広く活用し易い非接触液体検知構成を得られる。
【選択図】図1An object of the present invention is to provide a non-contact liquid detection configuration that can increase the availability of parts by preventing a decrease in the amount of light transmitted from a liquid, reduce the power consumption required for detection, and can be widely used in electrical equipment. .
A light-emitting element 4 for storing light at an angle other than vertical is disposed outside a container body 1 that stores liquid and transmits light, and a light-receiving element 5 that outputs an electrical signal corresponding to the amount of received light. 1 is configured to receive light in the traveling direction of light in a state where there is a liquid inside, and further, a light transmission plane portion substantially perpendicular to the traveling axis of light on the surface of the container body 1 through which light is transmitted to the light receiving element 5 9, if the increase in the amount of received light can be determined from the change in the electrical signal of the light receiving element 5, the state in which the liquid is present is determined. Since the reduction of transmitted light amount is suppressed, the range of elements to be used is widened to increase the availability, the power consumption required for detection can be reduced, and non-contact liquid that can be widely used in general electrical equipment A detection configuration can be obtained.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、容器の内部に蓄えた水等の透明な液体を利用する電気機器に搭載する容器の内部の液体の有無を容器の外部から液体に非接触で検知する非接触液体検知構成に関する。 The present invention relates to a non-contact liquid detection configuration for detecting the presence / absence of a liquid in a container mounted on an electric device that uses a transparent liquid such as water stored in the container without contacting the liquid from the outside of the container.
従来、この種の透明液体の非接触の液体検知構成としては超音波信号を液体の表面に向けて照射し、このとき液体の表面からの超音波信号の反射時間の変化から液体の有無を検知する構成が代表的な方式として知られているが、同構成は超音波信号を送受信する超音波素子の価格が非常に高価であることから高価な計測機や液体検知に高い精度が要求される機器においてのみ活用され、例えば水を使用して空気加湿を行う加湿機等の一般的な電気機器において広く活用されている構成ではなかった。 Conventionally, this kind of transparent liquid non-contact liquid detection configuration irradiates the surface of the liquid with an ultrasonic signal and detects the presence or absence of liquid from the change in the reflection time of the ultrasonic signal from the liquid surface. This configuration is known as a typical method. However, since the price of an ultrasonic element that transmits and receives ultrasonic signals is very expensive, high accuracy is required for expensive measuring instruments and liquid detection. For example, the configuration is not used widely in general electrical equipment such as a humidifier that uses water to perform air humidification using water.
比較的安価で一般的な電気機器において活用できる構成としては蓄える液体と空気の光の絶対屈折率の違いにより、空気と液体の界面に斜め方向から入射する光は界面において屈折する屈折の法則を応用した構成があり、一例としては、発光素子と受光素子とを光透過体で構成した容器の外部において対向配置し、発光素子から光を出力して、この出力した光が容器を透過して容器と液体との境界面にて屈折することにより受光素子において受光される光量が変化する作用を活用することで液体の有無を検出するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a configuration that is relatively inexpensive and can be used in general electrical equipment, the difference in absolute refractive index between the liquid and air stored in the light causes the refraction law that light incident on the interface between air and liquid from an oblique direction is refracted at the interface. For example, a light emitting element and a light receiving element are arranged opposite to each other outside a container made of a light transmissive body, light is output from the light emitting element, and the output light is transmitted through the container. A device that detects the presence or absence of a liquid by utilizing an action that changes the amount of light received by a light receiving element by being refracted at the boundary surface between the container and the liquid is known (for example, see Patent Document 1).
以下、その非接触液体検知構成について図9および図10を参照しながら説明する。 Hereinafter, the non-contact liquid detection configuration will be described with reference to FIGS. 9 and 10.
図9に示すように、従来の構成はポリエチレン等の赤外光が透過する材料で構成された液体を蓄える容器体100の角部の外側に、容器体100の内部に蓄える被検出液体101と容器体100の内面が接する境界面102に対して赤外光を放射する赤外発光素子103を垂直以外の角度で赤外光が入射するように配置し、また前記の入射方向の延長方向に赤外光の受光量に比例した電気出力信号を出力する赤外受光素子104を容器体100の角部を外側から挟み込む形態で配置して、さらに赤外受光素子104から出力される電気出力信号の変化から液体の有無の判定処理を行う制御回路部105を備えていた。
As shown in FIG. 9, the conventional configuration includes a liquid 101 to be detected stored inside the
この、構成により赤外発光素子103から出力された赤外光は、容器体100の内部に被検出液体101が無いときには、図上、点線の矢印線で示しているように、ほぼ入射方向の延長線上に容器体100の角部を透過して、また容器体100の内部に被検出液体101が有るときには容器体100と被検出液体101の境界面102にて空気と被検出液体101の絶対屈折率の違いから屈折の法則に基づいて屈折することで、図上、実線の矢印線で示しているように、容器体100の内部に被検出液体101が無い状態とは異なる延長線上に至ることとなる。
With this configuration, the infrared light output from the infrared light emitting element 103 is substantially incident in the incident direction as indicated by the dotted arrow line in the figure when the liquid 101 to be detected is not present inside the
よって、赤外受光素子104の側への赤外光の透過光量は被検出液体101が有無により赤外光の屈折により変化することとなり、赤外受光素子104からは被検出液体101が有無に応じて異なる電気出力信号が出力されることから、この電気出力信号の変化を制御回路部105で判定することで容器体100の内部の被検出液体101の有無を検知する構成であった。
Therefore, the amount of infrared light transmitted to the infrared
また、図10に示すように、被検出液体101を通す透明パイプ106を斜めに挟んで赤外発光素子103と赤外受光素子104とが対向配置することで、前記同様に判定することで容器体100の内部の被検出液体101の有無を検知する構成であった。
In addition, as shown in FIG. 10, the infrared light emitting element 103 and the infrared
このような従来の非接触液体検知構成においては、透明な容器体100の角部や、あるいは透明パイプ106を斜めに挟んで赤外発光素子103と赤外受光素子104を対向させて配置して被検出液体101との境界面102に対して赤外発光素子103が放射する赤外光を垂直以外の角度で入射させることで、容器体100や透明パイプ106の内部に入射した赤外光の進行方向が内部の被検出液体101の有無により屈折することにより赤外受光素子104の側への赤外光の透過光量が変化することに基づいて液体の有無を非接触状態で検知できる構成であった。
In such a conventional non-contact liquid detection configuration, the infrared light emitting element 103 and the infrared
しかしながら、光の絶対屈折率は空気中においてはほぼ1であり、水を代表とする液体や、樹脂やガラス等の個体中においては1.3以上であることから容器の角部やパイプの並行となる外壁に対して光を斜めに入射させた場合、光は周囲空間の空気から内部の液体の方向への入射界面においては入射角に対してより鋭角方向に屈折するが、液体から周囲空間の空気の方向への入射界面においては入射角に対してより広角方向に屈折して空間の方向に透過して進む一方、一部は液体の方向に反射されて戻ることとなる。 However, the absolute refractive index of light is almost 1 in the air, and is 1.3 or more in liquids such as water and solids such as resin and glass. When the light is incident obliquely on the outer wall, the light is refracted in an acute angle direction with respect to the incident angle at the incident interface from the air in the surrounding space to the liquid inside, but from the liquid to the surrounding space. In the incident interface in the direction of air, the light is refracted in a wider angle direction than the incident angle and transmitted in the direction of the space, while a part is reflected and returned in the direction of the liquid.
例えば液体が水であるときには入射の角度が一般的に臨界角と呼ばれる約49°以上であれば全反射されて容器やパイプの内部に留まり、この臨界角の以内においても液体の中に入射した光の多くの部分が液体の方向に反射されて、透過する光が減少することとなる。 For example, when the liquid is water, if the incident angle is about 49 ° or more, which is generally called a critical angle, it is totally reflected and stays inside the container or pipe, and enters the liquid even within this critical angle. A large part of the light is reflected in the direction of the liquid and the transmitted light is reduced.
また、長期使用における容器の埃や汚れ付着に基づく透過光量の減少も考慮する必要があるが、搭載する電気機器が例えば検知対象となる水があれば運転を継続させる加湿機等の水利用機器であれば、受光素子の受光量の減少は、水が無い状態と埃や汚れに基づき透過光量が減少した状態も同意として水が無い状態の判定を行うことで、機器の運転を停止して利用者に給水や機器の清掃等のメンテンナンスを促すことがフェールセーフの動作となる。 In addition, it is necessary to consider the decrease in the amount of transmitted light due to dust and dirt adhering to the container in long-term use, but water-using devices such as humidifiers that continue operation if the mounted electrical device has water to be detected, for example If this is the case, the decrease in the amount of light received by the light receiving element can be determined by determining whether there is no water and no light is transmitted based on dust or dirt. Encouraging users to maintain the water supply and equipment cleaning is a fail-safe operation.
このことから、液体があれば運転を継続させる加湿機等の機器が搭載対象であれば発光素子と受光素子は液体が有るとき、すなわち入射光が屈折するときに受光素子の受光量が増加する配置が必要となり、液体が無い状態に対して有る状態の方が受光素子の受光量がより大きく変化し、そのときの受光量の差がより大きい方が安定した液体の検知に有利となる。 From this, if a device such as a humidifier that continues operation if there is liquid is a target to be mounted, the amount of light received by the light receiving element increases when the light emitting element and the light receiving element have liquid, that is, when incident light is refracted. In the state where there is no liquid, the amount of light received by the light receiving element changes more greatly, and the larger difference in the amount of light received at that time is advantageous for stable liquid detection.
よって、安定的な液体の検知のためには光の発光素子と受光素子の容器に対する配置角度の設定が重要であるが、この角度設定以上に反射による透過光量の減少を考慮した設定が必要となる。 Therefore, it is important to set the arrangement angle of the light emitting element and the light receiving element with respect to the container for stable liquid detection. However, more than this angle setting, it is necessary to take into account the reduction in the amount of transmitted light due to reflection. Become.
以上のことから、この透過光量の減少を考慮して一般的には発光素子に高発光効率の物を使用したり、また印加電力を増やすことで発光強度を高めたり、あるいは高受光変換効率の受光素子を用いる対策を施す等、検知のために高価で入手性に劣る部品を選定する必要が有り、また、より多くの電力を要することから、一般的な家電機器に広く搭載する活用性の面で劣る課題を有していた。 From the above, considering the decrease in the amount of transmitted light, in general, a light emitting element with a high light emission efficiency is used, the light emission intensity is increased by increasing the applied power, or the high light receiving conversion efficiency is improved. It is necessary to select parts that are expensive and poorly available for detection, such as taking measures using a light receiving element, and more power is required. It had problems that were inferior in terms.
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、液体から受光素子の方向への光の透過光量の減少を抑制することにより、発光素子の発光効率と受光素子の受光変換効率に対する選定の仕様条件の幅を広げて用いることができる素子の入手性が高め、また検知のための電力消費の低減を可能とすることで、一般的な電気機器により広く搭載できる非接触液体検知構成を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and suppresses the decrease in the amount of transmitted light from the liquid in the direction of the light receiving element, thereby selecting the light emitting efficiency of the light emitting element and the light receiving conversion efficiency of the light receiving element. By increasing the availability of elements that can be used with a wider range of specification conditions, and reducing the power consumption for detection, a non-contact liquid detection configuration that can be widely installed in general electrical equipment The purpose is to provide.
そして、この目的を達成するために、本発明は、光を透過し内部に液体を蓄えるための空間を設けた容器体と、この容器体の外部から内部に光を照射する発光素子と、前記の発光素子の照射した光を前記容器体の内部から外部へ透過させて、その光の受光量に応じた電気信号を出力する受光素子を容器体の外部に配置して備えた構成において、前記発光素子は、前記容器体の表面に垂直以外の角度で光を入射する配置とし、前記受光素子は、前記容器体の内部に液体が有る状態で入射した光が到達する位置にあって、光の進行軸の中心の延長方向において光を受光する配置とし、前記容器体には、前記受光する光の光軸の中心が前記容器体の内部から外部へ透過するときに略垂直となる平面形状の光透過平面部を備えて、前記受光量の増加が判断される状態にあれば容器体の内部に液体が有ると判定するようにしたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。 In order to achieve this object, the present invention provides a container body provided with a space for transmitting light and storing liquid therein, a light emitting element for irradiating light from the outside to the inside of the container body, In the configuration provided with a light receiving element that transmits light emitted from the light emitting element from the inside of the container body to the outside and outputs an electric signal corresponding to the amount of received light, arranged outside the container body, The light emitting element is disposed so that light is incident on the surface of the container body at an angle other than perpendicular, and the light receiving element is located at a position where the incident light reaches in a state where there is liquid inside the container body. The planar shape of the container body is substantially vertical when the center of the optical axis of the received light is transmitted from the inside of the container body to the outside. The light transmission plane portion is provided to increase the amount of received light. Is obtained by so as to determine if the state is the sectional inside of the container body and the liquid is present, thereby it is to achieve the intended purpose.
また本発明は、光を透過し内部に液体を蓄えるための空間を設けた容器体と、この容器体の外部に光を照射する発光素子と、また前記発光素子の照射した光を受光して受光量に応じた電気信号を出力する受光素子を液体表面の上方向に配置して備えて、前記発光素子は、前記容器体の表面に垂直以外の角度で上方向に向かい光を入射させたときに、前記の入射した光が容器体の内部に液体が有る状態で進行する延長方向において規定する深さの液体表面において全反射を生じる配置とし、また前記容器体の内部には前記の全反射により進行方向が変化した光の進行軸の中心が液体表面に対して略垂直に入射するように反射する反射面を備え、さらに前記受光素子は前記反射面で反射されて進行方向が変化した光を受光する配置として、受光素子の出力する電気信号の変化から受光量の増加が判断される状態にあれば容器体の内部に液体が有ることを判定するようにした。 The present invention also provides a container body having a space for transmitting light and storing liquid therein, a light emitting element for irradiating light to the outside of the container body, and receiving light emitted from the light emitting element. A light receiving element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of light received is arranged above the liquid surface, and the light emitting element is incident on the surface of the container upward at an angle other than perpendicular. In some cases, the incident light is arranged to cause total reflection on the surface of the liquid having a depth defined in the extending direction in which the liquid travels in a state where the liquid is present inside the container body. A reflection surface that reflects so that the center of the traveling axis of the light whose traveling direction has changed due to reflection is incident substantially perpendicular to the liquid surface is provided, and the light receiving element is reflected by the reflecting surface and the traveling direction is changed. As an arrangement to receive light, Increase in the output of the light receiving amount from a change in electrical signal of was made to determine that the liquid is in the interior of the container if the state is determined.
本発明によれば、光を透過し内部に液体を蓄えるための空間を設けた容器体と、この容器体の外部から内部に光を照射する発光素子と、前記の発光素子の照射した光を前記容器体の内部から外部へ透過させて、その光の受光量に応じた電気信号を出力する受光素子を容器体の外部に配置して備えた構成において、前記発光素子は、前記容器体の表面に垂直以外の角度で光を入射する配置とし、前記受光素子は、前記容器体の内部に液体が有る状態で入射した光が到達する位置にあって、光の進行軸の中心の延長方向において光を受光する配置とし、前記容器体には、前記受光する光の光軸の中心が前記容器体の内部から外部へ透過するときに略垂直となる平面形状の光透過平面部を備えて、前記受光量の増加が判断される状態にあれば容器体の内部に液体が有ると判定するようにしたことにより、液体の無い状態と有る状態の受光量の差をより顕著にすることができるので、発光素子の発光効率と受光素子の受光変換効率に対する選定の仕様条件の幅が広がることで用いることができる素子の入手性が高まり、また検知のための電力消費の低減が可能となるために、一般的な電気機器に対してより広く搭載して活用し易くすることができるという効果を奏する。 According to the present invention, a container body provided with a space for transmitting light and storing liquid therein, a light emitting element for irradiating light from the outside to the inside of the container body, and the light emitted from the light emitting element In the configuration including a light receiving element that is transmitted from the inside of the container body to the outside and outputs an electric signal corresponding to the amount of light received, the light emitting element is provided on the container body. It is arranged so that light is incident at an angle other than perpendicular to the surface, and the light receiving element is located at a position where the incident light reaches in the state where the liquid is present inside the container body, and the extending direction of the center of the traveling axis of the light The container body is provided with a light transmission plane portion having a planar shape that is substantially vertical when the center of the optical axis of the received light is transmitted from the inside of the container body to the outside. If it is in a state where an increase in the amount of received light is determined, the container body By determining that there is liquid inside, the difference in the amount of received light between the state without liquid and the state with liquid can be made more conspicuous, so the selection of the light emission efficiency of the light emitting element and the light receiving conversion efficiency of the light receiving element Since the availability of elements that can be used increases as the range of specification conditions increases, and the power consumption for detection can be reduced, it can be used more widely in general electrical equipment. There is an effect that it can be easily performed.
また本発明によれば、光を透過し内部に液体を蓄えるための空間を設けた容器体と、この容器体の外部に光を照射する発光素子と、また前記発光素子の照射した光を受光して受光量に応じた電気信号を出力する受光素子を液体表面の上方向に配置して備えて、前記発光素子は、前記容器体の表面に垂直以外の角度で上方向に向かい光を入射させたときに、前記の入射した光が容器体の内部に液体が有る状態で進行する延長方向において規定する深さの液体表面において全反射を生じる配置とし、また前記容器体の内部には前記の全反射により進行方向が変化した光の進行軸の中心が液体表面に対して略垂直に入射するように反射する反射面を備え、さらに前記受光素子は前記反射面で反射されて進行方向が変化した光を受光する配置として、受光素子の出力する電気信号の変化から受光量の増加が判断される状態にあれば容器体の内部に液体が有ることを判定する構成にしたことにより、液体の無い状態と有る状態の受光量の差をより顕著にすることができるので、発光素子の発光効率と受光素子の受光変換効率に対する選定の仕様条件の幅が広がることで用いることができる素子の入手性が高まり、また検知のための電力消費の低減が可能となるために、一般的な電気機器に対してより広く搭載して活用し易くすることができるというという効果を得ることができる。 Further, according to the present invention, a container body having a space for transmitting light and storing a liquid therein, a light emitting element for irradiating light to the outside of the container body, and light received by the light emitting element are received. A light receiving element that outputs an electrical signal corresponding to the amount of light received is disposed above the liquid surface, and the light emitting element is incident upward at an angle other than perpendicular to the surface of the container body. When the incident light is arranged to cause total reflection on the liquid surface having a depth defined in the extending direction in which the incident light travels in a state where the liquid is present inside the container body, A reflecting surface that reflects the light so that the center of the traveling axis of the light whose traveling direction has changed due to total reflection is incident substantially perpendicular to the liquid surface, and the light receiving element is reflected by the reflecting surface so that the traveling direction is As an arrangement to receive the changed light, If it is in a state where an increase in the amount of received light is determined from the change in the electrical signal output from the optical element, the amount of received light in the state where there is no liquid is determined by determining that there is liquid inside the container. This makes the difference between the light-emitting element and the light-emitting element light-emitting element and the light-receiving element light-receiving conversion efficiency wide. Therefore, it is possible to obtain an effect that it can be more widely mounted and easily used for general electric devices.
本発明の請求項1記載の非接触液体検知構成は、光を透過し内部に液体を蓄えるための空間を設けた容器体と、この容器体の外部から内部に光を照射する発光素子と、前記の発光素子の照射した光を前記容器体の内部から外部へ透過させて、その光の受光量に応じた電気信号を出力する受光素子を容器体の外部に配置して備えた構成において、前記発光素子は、前記容器体の表面に垂直以外の角度で光を入射する配置とし、前記受光素子は、前記容器体の内部に液体が有る状態で入射した光が到達する位置にあって、光の進行軸の中心の延長方向において光を受光する配置とし、前記容器体には、前記受光する光の光軸の中心が前記容器体の内部から外部へ透過するときに略垂直となる平面形状の光透過平面部を備えて、前記受光量の増加が判断される状態にあれば容器体の内部に液体が有ると判定するようにしたという構成を有する。
The non-contact liquid detection configuration according to
すなわち、容器体に受光素子の受光する光の光軸の中心に略垂直となる平面形状の光透過平面部を備えて、内部に液体が有る状態において、受光素子は、発光素子が照射した光であって透過平面部を透過した光を受光して、この受光素子の出力する電気信号の変化から受光量の増加が判断できるときには液体の有る状態を判定する構成としている。 That is, the container body includes a planar light transmission plane portion that is substantially perpendicular to the center of the optical axis of the light received by the light receiving element, and the light receiving element emits light irradiated by the light emitting element in a state where there is liquid inside. In this configuration, when the light transmitted through the transmission plane portion is received, and the increase in the amount of received light can be determined from the change in the electrical signal output from the light receiving element, the state where the liquid is present is determined.
これにより、内部に液体が有る状態では光透過平面部を透過する光は略垂直に入射するので、液体内側への反射が最小となって透過光量の減少は抑制されるので、液体の無い状態に対して、液体の有る状態の受光量を大きくすることができる。 As a result, when there is a liquid inside, the light transmitted through the light transmission plane portion is incident substantially perpendicularly, so that the reflection to the inside of the liquid is minimized and the decrease in the amount of transmitted light is suppressed. In contrast, it is possible to increase the amount of light received in a state where there is a liquid.
つまり、液体の無い状態と有る状態の受光量の差をより顕著にすることができるので、発光素子の発光効率と受光素子の受光変換効率に対する選定の仕様条件の幅が広がることで用いることができる素子の入手性が高まり、また検知のための電力消費の低減が可能となるために、一般的な電気機器に対してより広く搭載して活用し易くすることができるという効果を奏する。 In other words, the difference in the amount of received light between the state without liquid and the state with liquid can be made more conspicuous, so it can be used by widening the range of specification conditions for the light emitting efficiency of the light emitting element and the light receiving conversion efficiency of the light receiving element. Since the availability of the elements that can be increased and the power consumption for detection can be reduced, it is possible to more widely mount and easily use general electric devices.
また、請求項2記載の非接触液体検知構成は、光素子は容器体の内部に液体が無い状態で入射した光が到達する位置にあって、光の進行軸の中心の延長方向において光を受光する配置とし、前記容器体には、前記受光する光の光軸の中心が前記容器体の内部から外部へ透過するときに略垂直となる平面形状の光透過平面部を備えて、前記受光量の増加が判断される状態にあれば容器体の内部に液体が無いことを判定するという構成にしてもよい。
Further, in the non-contact liquid detection configuration according to
すなわち、容器体に受光素子の受光する光の光軸の中心に略垂直となる平面形状の光透過平面部を備えて、内部に液体が無い状態において、受光素子は、発光素子が照射した光であって透過平面部を透過した光を受光して、この受光素子の出力する電気信号の変化から受光量の増加が判断できるときには液体の無い状態を判定する構成としている。 That is, the container body has a planar light transmission plane portion that is substantially perpendicular to the center of the optical axis of the light received by the light receiving element, and the light receiving element emits light irradiated by the light emitting element when there is no liquid inside. In this configuration, light that has passed through the transmission plane portion is received, and when the increase in the amount of received light can be determined from the change in the electrical signal output from the light receiving element, the state without liquid is determined.
これにより、内部に液体が無い状態では光透過平面部を透過する光は容器体の内部の方向への反射が最小となって透過光量の減少は抑制されるので、液体の有る状態に対して、液体の無い状態の受光量を大きくすることができる。 As a result, in the state where there is no liquid inside, the light transmitted through the light transmission flat part is minimized in reflection in the inner direction of the container body and the decrease in the amount of transmitted light is suppressed. The amount of light received in the absence of liquid can be increased.
つまり、液体の有る状態と無い状態の受光量の差をより顕著にすることができるので、発光素子の発光効率と受光素子の受光変換効率に対する選定の仕様条件の幅が広がることで用いることができる素子の入手性が高まり、また検知のための電力消費の低減が可能となるために、一般的な電気機器に対してより広く搭載して活用し易くすることができるという効果を奏する。 In other words, since the difference in the amount of received light between the presence and absence of liquid can be made more conspicuous, it can be used by expanding the range of specification conditions for the light emission efficiency of the light emitting element and the light receiving conversion efficiency of the light receiving element. Since the availability of the elements that can be increased and the power consumption for detection can be reduced, it is possible to more widely mount and easily use general electric devices.
また、請求項3記載の非接触液体検知構成は、光を透過し内部に液体を蓄えるための空間を設けた容器体と、この容器体の外部に光を照射する発光素子と、また前記発光素子の照射した光を受光して受光量に応じた電気信号を出力する受光素子を液体表面の上方向に配置して備えて、前記発光素子は、前記容器体の表面に垂直以外の角度で上方向に向かい光を入射させたときに、前記の入射した光が容器体の内部に液体が有る状態で進行する延長方向において規定する深さの液体表面において全反射を生じる配置とし、また前記容器体の内部には前記の全反射により進行方向が変化した光の進行軸の中心が液体表面に対して略垂直に入射するように反射する反射面を備え、さらに前記受光素子は前記反射面で反射されて進行方向が変化した光を受光する配置として、受光素子の出力する電気信号の変化から受光量の増加が判断される状態にあれば容器体の内部に液体が有ることを判定するという構成にしてもよい。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a non-contact liquid detection configuration including a container body provided with a space for transmitting light and storing liquid therein, a light emitting element for irradiating light to the outside of the container body, and the light emission. A light receiving element that receives light emitted from the element and outputs an electrical signal corresponding to the amount of light received is disposed above the liquid surface, and the light emitting element is at an angle other than perpendicular to the surface of the container body. When the light is incident in the upward direction, the incident light causes total reflection on the liquid surface having a depth defined in the extending direction in which the liquid travels in a state where the liquid is present inside the container body, and The container body includes a reflecting surface that reflects so that the center of the traveling axis of the light whose traveling direction is changed by the total reflection is incident substantially perpendicular to the liquid surface, and the light receiving element is the reflecting surface. Light whose direction of travel has changed due to reflection As the arrangement for receiving, it may be configured as to determine that the liquid is in the interior of the container if the state increase in the amount of received light from a change of the electrical signal is determined to be the output of the light receiving element.
すなわち、容器体の内部に液体が規定する深さにあるときに液体表面において全反射された後に反射面において反射される発光素子から照射した光を受光素子で受光して、この受光素子の出力する電気信号の変化から受光量の増加が判断できるときには液体の有る状態を判定する構成としている。 That is, the light emitted from the light emitting element that is totally reflected on the liquid surface and then reflected on the reflecting surface when the liquid is at a prescribed depth inside the container body is received by the light receiving element, and the output of the light receiving element When the increase in the amount of received light can be determined from the change in the electrical signal, the state in which the liquid is present is determined.
これにより、内部に液体が有る状態では反射面における反射により液体表面を透過する光は略垂直に入射するので、液体内側への反射が最小となって透過光量の減少は抑制されるので、液体の無い状態に対して、液体の有る状態の受光量を大きくすることができる。 As a result, in a state where there is a liquid inside, the light transmitted through the liquid surface by reflection on the reflecting surface is incident substantially perpendicularly, so that the reflection to the inside of the liquid is minimized and the decrease in the amount of transmitted light is suppressed. It is possible to increase the amount of light received in a state where there is a liquid in a state where there is no liquid.
つまり、液体の無い状態と有る状態の受光量の差をより顕著にすることができるので、発光素子の発光効率と受光素子の受光変換効率に対する選定の仕様条件の幅が広がることで用いることができる素子の入手性が高まり、また検知のための電力消費の低減が可能となるために、一般的な電気機器に対してより広く搭載して活用し易くすることができるという効果を奏する。 In other words, the difference in the amount of received light between the state without liquid and the state with liquid can be made more prominent. Since the availability of the elements that can be increased and the power consumption for detection can be reduced, it is possible to more widely mount and easily use general electric devices.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1と図2は機器に搭載する液体を蓄えるための容器を側面から一部分を拡大して示した断面図であるが、この容器は外郭を成す容器体1の内部に空間を備えて、この空間に機器で活用するための被検出液体2を蓄えられるように構成している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 and FIG. 2 are cross-sectional views showing a part of a container for storing a liquid to be mounted on a device in an enlarged manner from the side. This container is provided with a space inside a
この、容器体1に蓄える被検出液体2は図上において下方向に重力で引かれることで、上方向は空間部3として空気で満たされた状態となる。
The to-
ここで、この被検出液体2は対象としては透明体であるところの、例えば水であり、以下の説明においては被検出液体2が水であるときを一例として説明を行うものとする。 Here, the liquid to be detected 2 is a transparent body, for example, water, and in the following description, the case where the liquid to be detected 2 is water will be described as an example.
この、被検出液体2であるところの水を活用する機器としては、例えば加湿機が挙げられる。 An example of a device that uses water as the liquid to be detected 2 is a humidifier.
搭載する機器が例えば、この加湿機であれば容器体1は加湿のための水を蓄えるタンクや加湿空気を生成するために水を蒸発させるための上方向が開放した形状のトレーに当たり、機器の主体と成る本体から取り外し可能として、使用者がタンクに水を給水し、またトレーの清掃が行えるように構成されていることが一般的である。
If the equipment to be mounted is, for example, this humidifier, the
ここで、容器体1は光透過性で、且つ、絶対屈折率が空気よりも大きく、被検出液体2と同等以上となる材料で構成するものである。
Here, the
よって、容器体1は被検出液体2が水であるときは絶対屈折率が約1.33であることから、光透過性に優れて水に犯され難いポリエチレン(絶対屈折率:約1.5)やポリエチレンテレフタレート(絶対屈折率:約1.6)や、またポリスチレン(絶対屈折率:約1.6)等の樹脂材を用いて、約0.5mmから約2mmの厚さでブロー成形や金型成形により形成して構成するものである。
Therefore, since the
この、容器体1の内部に被検出液体2が無いときには機器の周囲と同様に一般的な空気で満たされることから空間部3の絶対屈折率はおおよそ1となる。
When there is no liquid to be detected 2 inside the
なお、容器体1もその構成材料に備える絶対屈折率によりその周囲の空気や被検出液体2との界面において光の屈折を生じることから実際の構成においてはこの屈折の状況も考慮する必要があるが、本実施の形態の説明の要旨には影響しないことから、以降は同考慮を省いて被検出液体2と空気の関係にのみ基づいて説明する。
Since the
この、容器体1の外側には光を照射する発光素子4と、この発光素子4が照射した光を受光して、その受光量に応じた電気信号を出力する受光素子5を発光面と受光面が対向するように配置している。
The
また、この発光素子4は照射する光が容器体1の表面に対して垂直以外の角度で入射するような配置とし、受光素子5はこの容器体1に入射する光の進行する延長方向において光を受光する配置としている。
The
このことから、発光素子4と受光素子5は図に示しているように例えば容器体1の角部を対角に挟み込んだ状態の配置となる。
From this, the
また、容器体1に対する発光素子4と受光素子5の配置の位置は安定した液体の検知のためには固定されていなければならないために、例えば容器体1のそのものに取り付け部位を設ける等して固設する必要がある。
In addition, since the positions of the
しかしながら、例えば搭載する機器が一例として示した加湿機であれば容器体1が機器の本体から取り外されて使用される点を考慮して機器の側に固設した構成とする必要がある。
However, for example, if the equipment to be mounted is a humidifier shown as an example, it is necessary to adopt a configuration in which the
この時、機器の本体を成す外郭が絶縁性を備えた樹脂で形成されたものにあってはその構成の一部に取り付け部位を設けて、この部位に固設することで、容器体1が機器の規定位置に装着された状態においては規定した位置関係を保てるように構成するものである。
At this time, if the outer shell forming the main body of the device is formed of an insulating resin, an attachment site is provided in a part of the configuration, and the
図1はこのように機器の本体の規定の部位に容器体1を装着した状態を示しており、発光素子4と受光素子5は機器の本体の外郭を成す外郭体6の規定した位置の2ヶ所に固定のための挿入孔7を設けて、この挿入孔7に装着することにより規定の位置関係を保つようにした構成を示している。
FIG. 1 shows a state in which the
また、この発光素子4と受光素子5を装着した挿入孔7には光透過体により構成した保護シート8を外郭体6の表面に接着材で貼着して覆うことで埃や液体の進入を防いでいる。
In addition, the
ここで、保護シート8の材質は透明で受光素子5の照射する光の波長に対して透過性に優れ、薄板シート状においても強靱なものが好ましく、例えばメタクリル系樹脂の0.3mmから0.7mm厚さのシート材を金型でカットして構成するものであり、アクリル系の接着剤を用いて容検知構成の外郭体6に接着して固定する。
Here, the material of the
また、容器体1における発光素子4の照射した光の入射面と入射した光の受光素子5への透過面は光の分散や収束を生じないことが重要であり、基本的には厚さが一定で、その表面は凹凸のない平滑面とする必要があることから、例えば容器体1が円筒や球面等の形状であっても平面化することが望ましい。
Further, it is important that the incident surface of the light irradiated by the
ここで、発光素子4は照射する光が機器の状態の表示や報知を目的としたものではないことから使用者に煩わしさを与えない可視光以外の光が望ましく、また比較的で安価で入手性の高い素子が望ましいことから、例えば一般的にリモコン装置にて使用されている直流電流を流すことで900nm前後の波長の赤外線光を発する赤外線LEDを用いるものである。
Here, the
ここで、受光素子5は発光素子4の照射する赤外線光を受光して、この受光量に応じた電気信号を出力するものであるが、安価で入手性の高い素子が望ましいことから、例えば可視光線を減衰させる光学フィルター性能を持たせた樹脂にて受光量に合わせて導通電流が変化するフォトトランジスター素子を封入したものを用いるものである。
Here, the
受光素子5が前記のフォトトランジスター素子を基本としたものを用いたものであれば、例えば直流電源とおよび抵抗素子を直列に接続すれば、受光素子5の備える特性に応じて受光量に応じた導通電流が直流電源を電力源として抵抗素子に流れて抵抗素子の両端には導通電流に比例した電圧が生じることとなる。
If the
よって、抵抗素子の両端に生じる電圧は受光量に応じて変化することとなり、この電圧の変化を受光量に応じた電気信号として、A/D変換機能を備えた、例えば1チップマイクロコンピューターで読み込む構成を用いれば、電気信号の変化から受光量の変化をソフト処理により認識して、さらには受光量の変化から液体の有無を判定できることとなる。 Therefore, the voltage generated at both ends of the resistance element changes in accordance with the amount of received light, and this change in voltage is read as an electric signal in accordance with the amount of received light by, for example, a one-chip microcomputer having an A / D conversion function. If the configuration is used, the change in the amount of received light can be recognized by software processing from the change in the electrical signal, and further, the presence or absence of liquid can be determined from the change in the amount of received light.
ところで、光の屈折の角度は屈折の法則により光の透過する前後の媒質の絶対屈折率と入射角度に基づいて下記に示した式1によって求めることができることが知られている。
By the way, it is known that the angle of refraction of light can be obtained by the following
sin i/sin r ≒ nb/na ・・・・・・(式1)
上記の数式において、iは光の入射界面に垂直な法線に対する光の入射角度、rは入射後の前記法線に対する屈折角度、naは入射側の光の絶対屈折率、そしてnbは入射後の媒質の光の絶対屈折率であり、よって光の入射角度と屈折角度の関係は入射前後の媒質の絶対屈折率の比に比例して一定となることが解る。
sin i / sin r ≈ nb / na (Equation 1)
In the above formula, i is an incident angle of light with respect to a normal line perpendicular to the light incident interface, r is a refraction angle with respect to the normal line after incidence, na is an absolute refractive index of light on the incident side, and nb is after incidence. It can be seen that the relationship between the incident angle and the refraction angle of the light of the medium is constant in proportion to the ratio of the absolute refractive index of the medium before and after the incidence.
よって、発光素子4が照射する光を容器体1の表面に対して垂直以外の角度で入射させると、容器体1の構成材の影響を除けば容器体1の内部に被検出液体2が無いときには容器体1の周囲と内部の空間部3は空気により占められて絶対屈折率が同一であることから、光は屈折することなく図において点線の矢印線で示しているように入射された延長方向に進行していくこととなる。
Therefore, when the light emitted from the
容器体1の内部に被検出液体2が有るときには容器体1の周囲の空気に対して被検出液体2の絶対屈折率が大きいいために、光は図において実線の矢印線で示しているように前記の法線に対する角度が狭まる方向に屈折して、入射角度が大きい程、入射角度に対する屈折角度の変化幅が大きくなることが解る。
When the liquid to be detected 2 is present inside the
例えば、被検出液体2が水であれば絶対屈折率は前述の通り、水が約1.33であり空気は約1であることから、入射角度が30°であれば屈折角度は約22°と−8°狭まり、入射角度が約60°であれば屈折角度は約41°と−19°とより大きく狭まることとなる。 For example, if the liquid to be detected 2 is water, the absolute refractive index is about 1.33 and the air is about 1 as described above. Therefore, if the incident angle is 30 °, the refraction angle is about 22 °. If the incident angle is about 60 °, the refraction angle will be narrowed to about 41 ° and −19 °.
ところで、発光素子4や受光素子5が前述した通り、入手性に優れる一般的な赤外線LEDやフォトトランジスター素子であれば光の照射や受光の範囲に最低でも±15°前後の広がりが存在する。
By the way, as described above, if the light-emitting
ことから、被検出液体2の有無による屈折角度の違いに基づいて液体の有無を判定する点においては光の入射角度がより大きくなるように発光素子4の配置を設定すれば屈折角度の変化幅が大きくなることとなる。
Therefore, in determining the presence / absence of liquid based on the difference in refraction angle depending on the presence / absence of the liquid 2 to be detected, if the arrangement of the
このことにより、光の進行する受光素子5の方向において被検出液体2の有無による受光量の変化幅も大きくなって、これに伴って受光素子5の出力する電気信号の差もより明確化することとなり、検知の判定上、有利となることが解る。
As a result, the amount of change in the amount of light received depending on the presence or absence of the liquid to be detected 2 increases in the direction of the
しかしながら、容器体1の表面に対して斜めに入射する光は、反射の法則と、および下記に示した式2、3によって示されるフレネルの式によれば入射角度が広がれば広がるほど入射角度と同一の角度で入射の反対方向に反射される光の割合が大きくなることが知られている。
However, the light incident obliquely on the surface of the
rp=〔cosi − ((nb/na)^2 − (sini)^2)^0.5〕/〔cosi+ ((nb/na)^2 − (sini)^2)^0.5〕 ・・・・・・(式2)
rs=〔−cosi (nb/na)^2 + ((nb/na)^2 i (sini)^2)^0.5〕/〔cosi(nb/na)^2 + ((nb/na)^2 − (sini)^2)^0.5〕 ・・・・・・(式3)
上記式2、3において、iは光の入射界面に垂直な法線に対する光の入射角度、naは入射側の光の絶対屈折率、そしてnbは入射後の媒質の光の絶対屈折率であり、rpとrsは各、P波およびS波の偏光波における反射率である。
rp = [cosi − ((nb / na) ^ 2− (sini) ^ 2) ^ 0.5] / [cosi + ((nb / na) ^ 2− (sini) ^ 2) ^ 0.5] .... (Formula 2)
rs = [− cosi (nb / na) ^ 2 + ((nb / na) ^ 2 i (sini) ^ 2) ^ 0.5] / [cosi (nb / na) ^ 2 + ((nb / na) ^ 2− (sini) ^ 2) ^ 0.5] (Equation 3)
In the
このことは液体の検知のために必要となる被検出液体2への光の透過量が減ることを示しており、受光素子5の受光量の差から被検出液体2の有無を判定する構成においては、安定した検知のためには、より高効率で高感度な発光素子4や受光素子5の使用や、また光の照射のための電力の増加が必要となる可能性が高まることに繋がる。
This indicates that the amount of light transmitted to the liquid to be detected 2 required for detecting the liquid is reduced, and in the configuration for determining the presence or absence of the liquid to be detected from the difference in the amount of light received by the
なお、光が絶対反射率が1の空気より1.3から1.6程度の水や樹脂に進むときは反射の法則と、およびフレネルの式によれば入射界面に垂直な法線に対する入射角度が60°以下であれば、総合でほぼ75%以上程度は透過することとなる。 When light travels from water with an absolute reflectance of 1 to water or resin of about 1.3 to 1.6, according to the law of reflection, and according to Fresnel's formula, the incident angle with respect to the normal perpendicular to the incident interface If the angle is 60 ° or less, a total of about 75% or more is transmitted.
よって、この反射の影響も考慮すると被検出液体2が水であるときには発光素子4が照射した光の範囲の中心軸が容器体1に対して50°から60°の入射角度となる配置とすることが液体の安定した検知のためには望ましこととなる。
Therefore, when the influence of this reflection is taken into consideration, when the liquid 2 to be detected is water, an arrangement is made such that the central axis of the light range irradiated by the
例えば、図3において本実施の形態の構成における配置の一例を示しているように、容器体1に対する光の入射角度が55°になるように配置すれば被検出液体2における屈折角度は約38°となるために容器体1に入射する光は内部に被検出液体2が無いときに対してある時は17°屈折して進行することとなる。
For example, as shown in FIG. 3 as an example of the arrangement in the configuration of the present embodiment, if the incident angle of light with respect to the
この、屈折前後のどちらかの光が進行する延長方向に受光素子5を配置すれば受光量に応じて受光素子5が出力する電気信号の値の違いから、被検出液体2の有無を判定することができることとなる。
If the
ここで、受光素子5を屈折前の光が進行する延長方向に配置すれば受光素子5の受光量と、および出力する電気信号は被検出液体2が無いときは大きく、有れば小さい方向に変化する。
Here, if the
また、受光素子5を屈折後の光が進行する延長方向に配置すれば受光素子5の受光量と、および出力する電気信号は被検出液体2が有るときは大きく、無ければ小さい方向に変化することとなる。
Further, if the
よって、前記2通りの受光素子5の配置において、それぞれ受光素子5から出力される被検出液体2の有無に応じた電気信号の値を予め測定し、例えば各測定値の中間値を閾値として予め規定しておき、この閾値に対して大小関係を比較すれば電気信号の違いから被検出液体2の有無を判定することができることとなる。
Therefore, in the two arrangements of the
ところで、受光素子5を配置する側の容器体1の内部から外部に光が透過する面においても反射の法則と、およびフレネルの式に基づいて、透過面に対して斜めに光が入射するとその表面において容器体1の内部方向への反射が生じることで、透過する光量が減少することになる。
By the way, on the surface where light is transmitted from the inside of the
この時、光は絶対反射率が1.3から1.6程度の水や樹脂から容器体1の周囲の空気の方向に向けて光は透過することとなり、容器体1の内部に被検出液体2が有る時には、ほぼ容器体1の外側表面の1ヶ所で光が反射され、また容器体1の内部に被検出液体2が無い時には、容器体1の内側表面と外側表面の2ヶ所で光は反射される。
At this time, the light is transmitted from water or resin having an absolute reflectance of about 1.3 to 1.6 toward the air around the
また、絶対反射率が1.3から1.6程度の水や樹脂から絶対反射率が1の空気の方向に光が透過するときには屈折の法則に基づいて、入射界面に垂直な法線に対する入射角度が約49°以上であれば光はその界面において全反射を生じて透過しないことも知られている。 Also, when light is transmitted from water or resin having an absolute reflectivity of about 1.3 to 1.6 in the direction of air having an absolute reflectivity of 1, incident on a normal normal to the entrance interface based on the law of refraction It is also known that when the angle is about 49 ° or more, light is totally reflected at the interface and is not transmitted.
この、全反射のように、進行する光が容器体1の内部方向に全て反射される状況においては、全反射が生じる前の光が進行する延長方向において容器体1の外部に受光素子5を配置しても、発光素子4は照射した光は受光素子5には到達しないことなり、受光素子5の出力する電気信号にも液体の有無で変化が生じないこととなる。
In the situation where all the traveling light is reflected in the inner direction of the
例えば、図1で示しているように略直角となる容器体1の角部を発光素子4と受光素子5で挟み込んだ構成において、前述したように発光素子4の入射角度が55°となる配置としたときには、被検出液体2であるところの水が有れば屈折角度は約38°となり、容器体1の内部から外部に透過する光の入射界面に垂直な法線に対する入射角度は約52°となる。
For example, as shown in FIG. 1, in the configuration in which the corner portion of the
よって、前記の構成では容器体1の内部に被検出液体2が有る状態においては容器体1の内部から外部への光の透過方向の入射角度は約49°以上となることから全反射が生じることで光は、ほぼ透過できないこととなる。
Therefore, in the above configuration, when the liquid to be detected 2 is inside the
このことから、被検出液体2によって屈折した光の進行する延長方向の容器体1の外部に受光素子5を配置する構成においては、被検出液体2の有無では受光量は変化しないこととなるために、受光量の増加により被検出液体2の有る状態を判定する構成は実際上においては機能しないことが解る。
Therefore, in the configuration in which the
この、全反射の発生を防止するためには発光素子4の容器体1に対する光の入射角度を約61°以上とすることで被検出液体2が有る状態における光の屈折角を41°以上として、容器体1の内部から外部への透過方向の光の入射角度が約49°以下となるように構成する必要がある。
In order to prevent the occurrence of total reflection, the incident angle of light with respect to the
しかしながら、前述した通り、容器体1の表面に対して光を斜めに入射する際、この入射角度が大きくなればなるほど反対方向に反射される光の割合も大きくなり容器体1の内部に透過する光量が減ることとなるために、この入射角度は60°以下とすることが望ましいことから、容器体1の内部から外部への光の透過方向の入射角度を49°以下として、さらに大幅に狭めることは難しいこととなる。
However, as described above, when light is incident obliquely on the surface of the
このように、容器体1の内部から外部への光の透過方向の入射角度は全反射が生じる49°に近い角度に調整することは難しいことから、全反射の状態は防げたとしても実際上は容器体1の内部から外部へは光の大部分は容器体1の内部の方向に反射されて、一部分が容器体1の外部に透過することとなるために、被検出液体2の有無による受光素子5の受光量の差は非常に小さくなることとなる。
Thus, since it is difficult to adjust the incident angle in the light transmission direction from the inside to the outside of the
しかしながら、被検出液体2の有無による受光素子5の受光量の差から被検出液体2の有無を判定する方式においては、受光素子5の受光量の差がより大きいほど、その違いが明確となって被検出液体2の有無の判定に有利となり、より安定した液体の有無の判定が可能となる。
However, in the method of determining the presence or absence of the liquid to be detected 2 from the difference in the amount of light received by the
よって、この透過光量の減少を考慮して、発光素子4に高発光効率の物を使用したり、また印加電力を増やすことで発光強度を高めたり、あるいは受光素子5を高受光変換効率のものを用いる等の対策を施すことが一般的であった。
Therefore, in consideration of the decrease in the amount of transmitted light, a
ところで、絶対屈折率が異なる媒質の界面に対して光が垂直に入射するときは反射の法則に基づいて下記に示した式4によって求められる反射率Rに従って光が反射されることも一般的に知られている。
By the way, in general, when light is perpendicularly incident on the interface of a medium having a different absolute refractive index, the light is generally reflected according to the reflectance R obtained by the
R = (na − nb)^2 / (na + nb)^2 ・・・・・・(式4)
上記式4において、naは入射側の光の絶対屈折率、そしてnbは入射後の媒質の光の絶対屈折率である。
R = (na−nb) ^ 2 / (na + nb) ^ 2 (Equation 4)
In the
よって、例えば絶対反射率が1.3から1.6程度の水や樹脂から絶対反射率が1の空気の方向に界面に対して光が垂直に入射するときは全体の約3.4%前後のみが反射され、残りの約96%以上は空間の方向に透過することとなる。 Therefore, for example, when light is incident perpendicularly to the interface in the direction of air having an absolute reflectivity of 1 from water or resin having an absolute reflectivity of about 1.3 to 1.6, it is about 3.4% of the total. Only the remaining 96% or more is transmitted in the direction of the space.
このことから、光を透過させる面を平面として光の進行軸に対して垂直に配置すれば入射する光をほぼ減衰させることなく透過させることができることが解る。 From this, it can be seen that the incident light can be transmitted without being substantially attenuated by arranging the light transmitting surface as a plane and perpendicular to the light traveling axis.
そこで、本構成においては、受光素子5を配置する側の容器体1の内部から外部へ光を透過させる面には光の進行軸に対して略垂直となる平面形状の光透過平面部9を設けることで、受光素子5によって容器体1の内部を進行する光のほぼ全てを受光できるようにしている。
Therefore, in this configuration, the light transmitting
ここで、図1は受光素子5を屈折後の光が進行する延長方向に配置して受光素子5の受光量が増加すれば被検出液体2が有る状態であることを判定する構成を示し、図2は、受光素子5を屈折前の光が進行する延長方向に配置して受光素子5の受光量が減少すれば被検出液体2が無い状態であることを判定する構成を示している。
Here, FIG. 1 shows a configuration in which the
なお、光透過平面部9は、例えば容器体1の製造時にブロー成形や金型成形において同時成形により容器体1の位置部分を凸設させて形成して設けるものである。
In addition, the light transmission
上記構成において、光透過性の材料で構成した透明な被検出液体2を蓄える容器体1の外部には容器体1の表面に対して垂直以外の角度で光を入射させる発光素子4と、この発光素子4が照射した光が被検出液体2の有無において屈折後、あるいは屈折前の状態において進行する延長方向に容器体1を透過した光を受光するための発光素子4とを容器体1の角部を挟み込む配置で対向させて備えて、また受光素子5を配置する側の容器体1の内部から外部へ光を透過させる面には光の進行軸に対して略垂直となる平面形状の光透過平面部9を設けており、受光素子5から受光量に応じて出力される電気信号を予め規定している値と比較することで被検出液体2の有無を判定する構成としている。
In the above-described configuration, the
このことから、容器体1の内部から外部へ光を透過させる面においては光透過平面部9の配置していることで光の内部方向への反射を抑制して、ほぼ全てを透過させて受光素子5において受光させることができる。
For this reason, on the surface that transmits light from the inside of the
よって、受光素子の液体の無い状態に対する有る状態の受光量の差や、受光素子の液体の有る状態に対する無い状態の受光量の差をより大きくできることから、被検出液体2から周囲空間の方向の光の透過において透過光量が減少する構成に対して発光素子4の発光効率と受光素子5の受光変換効率に対する選定の仕様条件の幅が広がることで用いることができる素子の入手性が高まり、また検知のための電力消費の低減が可能となるために、一般的な電気機器に対してより広く搭載して活用することができる。
Therefore, the difference in the received light amount in a certain state with respect to the state in which the light receiving element is free of liquid and the difference in the received light amount in the non-state with respect to the state with the liquid in the light receiving element can be further increased. The availability of elements that can be used is increased by widening the range of specification conditions for the light emitting efficiency of the
なお、受光素子5を屈折後の光が進行する延長方向に配置する構成とすれば、長期使用伴う容器体1の表面への埃や汚れ付着に基づいて透過する光量が減少する状態においても被検出液体2が無い状態と同意の判定をすることができる。
If the
この時には、搭載する機器の運転を停止することで利用者に給水や機器の清掃等のメンテンナンスを促す等、加湿機等の水利用機器であればフェールセーフの動作対応が可能となることは言うまでもない。 At this time, it goes without saying that a water-safe device such as a humidifier can be used for fail-safe operation, such as by urging the user to maintain the water supply or cleaning the device by stopping the operation of the mounted device. Yes.
なお、容器体1は光透過性の材料で構成するものであるが、金属等の非光透過性の材料にて構成されたものであっても光を透過させる必要がある部分のみに開口部を設け、この開口部を光透過性の板材で塞いで、被検出液体2の漏れが生じないように容器体1に対して接着剤や溶着にて貼り付ける、あるいは同時成形により固設する構成とすれば被検出液体2の有無の検知判定が可能となり、本構成においてもその作用効果に差異を生じない。
The
なお、容器体1は以上説明した発光素子4からの照射光の入射と透過光の受光素子5による受光の関係を満たす配置であればその形状は問わず、図4に示しているような上方向も覆われたタンク形状や図5に示す導管の一部分の形状であっても、その作用効果に差異を生じない。
The
(実施の形態2)
図6から図8において、実施の形態1と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment 2)
6 to 8, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図6は機器の搭載する液体を蓄えるための容器体1の一例において側面の構成を示した断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a side surface in an example of a
発光素子4は照射する光が容器体1の表面に垂直以外の角度で上方向に向かい入射するように容器体1の外部に配置している。
The
また、発光素子4は容器体1の内部に入射した光が容器体1の内部に被検出液体2が有る状態で進行する延長方向の予め規定する深さの被検出液体2の表面となる空間の空気との界面において、光が前述した通り、反射の法則と、およびフレネルの式で示されているように上部の空間の方向には透過することなく、入射角度の同一の角度で入射した反対方向に全て反射されることで進行方向が変化する全反射が生じるように容器体1に対して配置している。
The
なお、被検出液体2の深さは、容器体1の形状が図6に示しているように側面から見て直方体であり、発光素子4を容器体1に側面に配置する構成であれば、容器体1に対する光の入射の位置から被検出液体2の表面までの距離にあたる。
The depth of the liquid to be detected 2 is a rectangular parallelepiped when the shape of the
この、全反射により進行方向が変化した光の延長線上には、被検出液体2の表面に対して略垂直に光を入射させることで、被検出液体2の表面おける被検出液体2の方向への反射の発生を抑制することにより、ほぼ減衰を生じさせること無く光を被検出液体2の上方向の空間部3に導いて透過させるための傾斜させた反射面10を設けている。
On the extended line of the light whose traveling direction has changed due to total reflection, light is incident substantially perpendicular to the surface of the liquid to be detected 2, so that the surface of the liquid to be detected 2 is directed toward the liquid to be detected 2. By suppressing the occurrence of reflection, an inclined reflecting
ここで、この反射面10の傾斜角度は、前述した通り全反射において光は入射角度と同一の角度で入射の反対方向に反射さることから、被検出液体2の表面において全反射された光の入射角度の半分の角度をもって被検出液体2の表面に対して傾斜させれば光の進行軸が被検出液体2の表面に対して略垂直に入射するように光を反射させることができることとなる。
Here, the inclination angle of the reflecting
この、反射面10は光を効率良く反射させるために白色や銀色系の光の反射性に優れた色や材質で構成するものであり、例えば容器体1の対象面を反射面10の形状に隆起させるように容器体1の金型を構成することにより容器体1と同時に反射面10を形成して、後に白色ABS等の樹脂材の切断した平板を反射面10の表面に接着する、あるいはアルミ等の金属粉末を混濁させた透明アクリル樹脂等の高光反射性の塗装を塗布して構成する。
The reflecting
受光素子5は、この反射面10により被検出液体2の表面に対して略垂直に入射するように進行軸が変化した光の進行方向の延長線上で光を受光するように受光面を配置するものである。
The
ここで、発光素子4と受光素子5の配置の位置は、前述した通り、安定した液体の検知のためには容器体1に対して固定されていなければならず、搭載する機器が例えば、容器体1が取り外される構成で、この機器の本体を成す外郭体6が絶縁性を備えた樹脂で形成されるものにあっては、この外郭体6の規定した位置の2ヶ所に固定のための挿入孔7を設けて装着することで規定の位置関係を保つように構成する点は変わらない。
Here, the position of the arrangement of the
よって、以上の構成により、被検出液体2が容器体1の内部に無い、あるいは規定した深さに至らない状態であれば発光素子4から照射して容器体1に入射した光は全反射が生じずに、ほぼ入射角を保ちながら進行することから、反射面10にて反射された光を受光するように配置された受光素子5には導かれないこととなる。
Therefore, with the above configuration, if the liquid 2 to be detected is not inside the
しかしながら、容器体1の内部に被検出液体2が有れば容器体1に入射した光は被検出液体2の表面での全反射された後に反射面10にて反射されることから、被検出液体2の表面における空間部3の方向への透過による減衰を生じること無く受光素子5に導かれることとなるために、受光素子5において発光素子4から照射した光が受光される状態にあれば容器体1の内部に被検出液体2が有ることを判定できることとなる。
However, if the liquid to be detected 2 exists inside the
次に、構成の具体例として被検出液体2が水であるときの配置の具体的な一例を図7に基づいて説明する。 Next, as a specific example of the configuration, a specific example of the arrangement when the liquid 2 to be detected is water will be described with reference to FIG.
図7は機器に搭載する液体を蓄えるための容器を側面から一部分を簡略化して示した断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of a container for storing a liquid to be mounted on a device in a simplified manner from the side.
ここで、前述した通り、媒質が異なる界面における全反射が生じる光の入射角度は、反射の法則とフレネルの式により光の透過する前後の媒質の絶対屈折率によって規定され、例えば被検出液体2が水であれば絶対反射率は約1.33となり絶対反射率が約1となる空気の方向に光が透過するときには、入射界面に垂直な法線に対する入射角度が約49°以上であれば光はその界面において全反射が生じることとなる。 Here, as described above, the incident angle of light causing total reflection at the interface where the medium is different is defined by the absolute refractive index of the medium before and after the light is transmitted by the law of reflection and the Fresnel equation. If water is water, the absolute reflectance is about 1.33, and when light is transmitted in the direction of air where the absolute reflectance is about 1, the incident angle with respect to the normal perpendicular to the incident interface is about 49 ° or more. Light is totally reflected at the interface.
よって、発光素子4を容器体1に対して光の入射界面に垂直な法線に対する光の入射角度を例えば55°となるように配置すると、容器体1の内部に入射した光は被検出液体2との界面において約38°の屈折角度で屈折して進行する。
Therefore, when the
この、屈折して進行する光は被検出液体2の表面に垂直な法線に対して約52°の入射角度で入射することとなり、この角度は入射界面に対して約49°以上となることから全反射が生じることとなる。 This refracted light is incident at an incident angle of about 52 ° with respect to the normal normal to the surface of the liquid 2 to be detected, and this angle is about 49 ° or more with respect to the incident interface. Thus, total reflection occurs.
被検出液体2の表面において全反射が生じると、光は被検出液体2の上部の空間部3の方向には透過することなく、全て入射した反対方向に入射角度の同一の角度で反射されて進行方向が変化することとなる。
When total reflection occurs on the surface of the liquid 2 to be detected, the light is not transmitted in the direction of the
ここで、被検出液体2の深さを、例えば18mmに規定すると、三角関数の関係から発光素子4から照射した光は容器体1への入射面から横方向に約22mmの位置を光軸の中心として全反射が生じることとなる。
Here, if the depth of the liquid 2 to be detected is defined to be 18 mm, for example, the light irradiated from the
よって、反射面10の傾斜角度は被検出液体2の表面に対する光の入射角度が約52°であることから水平面から約26°傾斜させれば良いこととなる。
Therefore, the angle of inclination of the reflecting
ここで、この受光素子5の被検出液体2の表面における全反射が生じる位置からの横方向の距離は、反射面10に対して全反射した光の光軸の中心となる位置の被検出液体2の表面からの深さを、例えば20mmに設定すれば三角関数の関係から約26mmとなる。
Here, the distance in the horizontal direction from the position where total reflection occurs on the surface of the liquid to be detected 2 of the
よって、受光素子5は発光素子4から照射した光の容器体1への入射面から約48mmの横方向の位置には配置することとなる。
Therefore, the
ここで、容器体1の内部に被検出液体2が無い状態においては、発光素子4を容器体1に対して光の入射角度が55°になるように配置していることから、三角関数の関係より、容器体1の内部の空間を屈折すること進む光の光軸の中心は、図7において点線の円で囲んで示している容器体1への光の入射位置から縦方向に約69mmの高さの位置で受光素子5の受光軸と斜め方向から交差することとなる。
Here, when there is no liquid 2 to be detected inside the
この、交差する高さに受光素子5を配置すると被検出液体2が無い状態にも関わらずに受光素子5は発光素子4から照射した光を斜め方向からではあるが受光して、受光の状態によっては被検出液体2の有無における受光量の差が狭まり被検出液体2の有無の判定が難しくなる可能性も有る。
When the
また、前述した通り、発光素子4の光の照射や受光素子5の受光の範囲は最低でも±15°前後の広がりが存在することから、被検出液体2が無い状態において発光素子4が照射した光が受光素子5で受光される可能性は使用する素子にも影響されて規程が難しく、被検出液体2の有無の判定を同様に難しくする要因となる。
Further, as described above, since the light irradiation range of the
よって、上記の被検出液体2の無い状態における発光素子4の照射光の受光素子5での受光を防ぐために、受光素子5の容器体1への光の入射位置に対する縦方向の配置位置は前記において示した交差位置であるところの約69mmの高さを避けて、例えば40mmの高さに配置するものである。
Therefore, in order to prevent the
この、受光素子5の配置の高さは、実際の構成の設計においては受光素子5の受光の状態を確認しながら被検出液体2の有無の判定に影響を与えない高さに設定するものである。
The height of the arrangement of the
また、容器体1に対する受光素子5の配置は、例えば機器の本体を成す外郭体6に設けた挿入孔7に装着して規定の位置を保つように構成することから、受光素子5に斜めから入射する光は外郭体6と、および挿入孔7に遮られることで受光素子5には、ほぼ到達しないことから、実際の構成の設計においてはこの点も考慮して受光素子5の配置の高さは、被検出液体2の有無の判定に影響を与えない高さに設定すれば良いこととなる。
Further, the arrangement of the
上記構成において、容器体1の内部に被検出液体2が規定する深さに有るときには、発光素子4から照射して容器体1に入射した光は被検出液体2の表面で減衰すること無く全反射され反射面10に導かれ、さらに反射面10で反射されて被検出液体2の表面に対して略垂直に入射するように進行軸が変化して、この進行軸が変化した光の進行する延長線上において受光素子5で受光されることとなる。
In the above configuration, when the liquid to be detected 2 has a predetermined depth inside the
このとき、被検出液体2が容器体1の内部に有る状態においては被検出液体2の表面から受光素子5の方向の空間に向かい透過する光は被検出液体2の表面に対して略垂直に入射することで絶対屈折率が異なる2つの媒質の界面における反射が生じないために、透過光量が減少することなく受光素子5に到達することとなる。
At this time, in a state where the liquid to be detected 2 is inside the
よって、被検出液体2から周囲空間の方向の光の透過において透過光量が減少する構成に対して発光素子4の発光効率と受光素子5の受光変換効率の選定の幅を広げることができることから、用いる素子の仕様条件の緩和が可能となって入手性が高まり、また検知のための電力消費の低減が可能となるために、一般的な電気機器に対してより広く搭載して活用することができる。
Therefore, the range of selection of the light emission efficiency of the
なお、容器体1の外郭を被検出液体2の表面に並行となる平面を受光素子5との間に備えた構成とすれば、被検出液体2の表面の光の透過と同様に反射面10にて反射された光は減衰することなくほぼ全てが容器体1を透過することとなるために、容器体1は図8に示しているような上方向も覆われたタンク形状の構成であっても、その作用効果に差異を生じない。
If the outer surface of the
なお、反射面10の表面は平滑な面であることが望ましいが、光を分散反射する微細な凸凹を備えた表面とすることも可能であり、分散反射においても判定に充分な受光量を受光素子5において得られるときには反射面10の傾斜は任意の角度に設定できることは言うまでもない。
The surface of the reflecting
なお、容器体1は光透過性の材料で構成するものであるが、金属等の非光透過性の材料にて構成されたものであっても光を透過させる必要がある部分のみに開口部を設け、この開口部を光透過性の板材で塞いで、被検出液体2の漏れが生じないように容器体1に対して接着剤や溶着にて貼り付ける、あるいは同時成形により固設する構成とすれば被検出液体2の有無の検知判定が可能となり、本構成においてもその作用効果に差異を生じない。
The
本発明にかかる非接触液体検知構成は透明な液体の検知のために用いる素子の入手条件を緩和させて、および検知のための電力消費の低減も可能とすることで一般的な電気機器に対してより広く搭載して活用できる構成であるために、家庭向けの加湿機や除湿機における水の有無を判定するための非接触液体検知構成等として有用である。 The non-contact liquid detection configuration according to the present invention relaxes the conditions for obtaining an element used for detection of a transparent liquid, and also enables power consumption for detection to be reduced. Therefore, it is useful as a non-contact liquid detection configuration for determining the presence or absence of water in a home humidifier or dehumidifier.
1 容器体
4 発光素子
5 受光素子
9 光透過平面部
10 反射面
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| JP2012142643A JP6064161B2 (en) | 2012-06-26 | 2012-06-26 | Non-contact liquid detection configuration |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018004605A (en) * | 2016-07-08 | 2018-01-11 | シャープ株式会社 | Transparency type optical coupling device and electric apparatus with the same |
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-
2012
- 2012-06-26 JP JP2012142643A patent/JP6064161B2/en active Active
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