DE69518196T2

DE69518196T2 - Verbesserungen von Strahlungsthermometern

Info

Publication number: DE69518196T2
Application number: DE69518196T
Authority: DE
Inventors: Peter Fearnehough; Ian Hamilton Ridley
Original assignee: Land Instruments International Ltd
Current assignee: Land Instruments International Ltd
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2015-05-31
Also published as: US5599105A; DE69518196D1; EP0685719A1; GB9411160D0; EP0685718A1; US5655838A; EP0685716A1; EP0685717A1; DE69511326T2; EP0685716B1; US5655837A; DE69511326D1; US5613777A; EP0685718B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Strahlungsthermometer, beispielsweise Infrarot-Thermometer.
Bei Strahlungsthermometern sind regelmäßig visuelle Sichtsysteme vorgesehen, um eine genaue Ausrichtung des Instrumentes auf ein Ziel zu vereinfachen, für das eine Messung vorgenommen werden soll. Optimalerweise sind diese Systeme durch die Linse hindurch, d. h. sie verwenden dieselbe Objektivlinse wie das Strahlungssystem, um Parallaxenfehler zu vermeiden. Solche Systeme erfordern irgendeine Form von Strahlteilung, um die Strahlen sichtbarer und nicht sichtbarer Strahlung (üblicherweise Infrarot) innerhalb des Instrumentes voneinander zu trennen.
Herkömmliche Verfahren zum Erreichen dieser Strahlteilung sind entweder spektral, unter Verwendung von ein Spektrum definierender Filter, um das sichtbare Spektrum zu transmittieren, während das Infrarot-Spektrum reflektiert wird (oder umgekehrt), oder räumlich gewesen, wobei ein Anteil des Strahls durch Einbringen eines Aufnahmespiegels abgetastet wird.
Während die Spektralverfahren die höchsten theoretischen Wirkungsgrade (niedrigste Energieverluste) bereitstellen, erfordern sie teure Komponenten, die oft besonders auf das spektrale Antwortsignal des abweichenden Instrumententyps, der aufgebaut wird, zugeschnitten werden müssen. Außerdem erfordern die herkömmlichen räumlichen Verfahren die sichere Befestigung eines kleinen und genau ausgerichteten Spiegels in dem Strahl und einen zusätzlichen Strahlsteuermechanismus, so daß der sichtbare Strahl an der Rückseite des In struments austritt.
Die JP-A-57-84322 beschreibt eine optische Meßeinrichtung, bei der Strahlung auf eine Objektivlinse einfällt, die die Strahlung auf eine Fokalebene fokussiert, die mit einem ringförmigen Spiegel zusammenfällt, wobei dann einiges der Strahlung zu einem Okular für eine visuelle Ausrichtung auf eine Objekt reflektiert wird, dessen Temperatur zu messen ist. Die Strahlung, die zur Messung der Temperatur des Objektes verwendet wird, wird durch den Spiegel hindurch zu einem Strahlungsdetektor transmittiert. Jedoch ist diese Vorrichtung so beschaffen, daß das Objekt, dessen Temperatur zu messen ist, als ein schwarzer Punkt innerhalb des betrachteten Bildes erscheint und daher nicht tatsächlich für die Bedienungsperson sichtbar ist und somit eine genaue Ausrichtung des Detektors auf das Objekt, dessen Temperatur zu messen ist, vermieden wird.
Die JP-A-42-44925 beschreibt ein Strahlungsthermometer, bei dem Strahlung durch einen Nebenspiegel hindurch direkt zu einem Okular transmittiert wird. Strahlung, die für eine Messung der Temperatur des Objektes verwendet wird, läuft um die Kante des Nebenspiegels herum an dem Nebenspiegel vorbei und wird dann von einem Hauptspiegel, dem Nebenspiegel und einem weiteren Spiegel zu einem Strahlungsdetektor reflektiert. In diesem Fall nimmt optische Strahlung, die für eine Ausrichtung verwendet wird, und Strahlung, die für eine Temperaturmessung verwendet wird, wesentlich verschiedene Wege durch die Vorrichtung hindurch und dementsprechend ist die Strahlung, die von dem Detektor festgestellt wird, nicht von derselben Quelle wie die Strahlung, die von dem Okular festgestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Strahlungsthermometer ein optisches Objektiv, durch das festzustellende Strahlung hindurchtritt und fokussiert wird, einen Strahlteiler mit einem Zentralbereich, durch den ein Zentralabschnitt der Strahlung, die durch das Objektiv hindurchgelangt ist, ohne abgelenkt zu werden, hindurchtritt und mit einem äußeren Bereich, der Strahlung reflektiert und den Zentralbereich umgibt, wobei der Strahlteiler in einem Abstand von der Fokalebene des Objektivs angeordnet ist, ein Okular zum Empfang der Strahlung, die durch den Strahlteiler hindurchtritt, wobei das Okular an der Fokalebene des Objektivs angeordnet ist, und einen Strahlungsdetektor zum Empfangen der Strahlung, die von dem Strahlteiler reflektiert wird.
Wir haben festgestellt, daß in der JP-A-57-34322 das Okular nicht die Information sieht, die von dem Detektor gesehen wird. Dies vermindert die Nützlichkeit dieser Vorgehensweise wesentlich. Der Grund dafür ist es, daß die Objektivlinse die einkommende Strahlung in eine Fokalebene fokussiert, die mit dem Strahlteiler zusammenfällt. Demgegenüber, gemäß der Erfindung, sieht das Okular durch Positionieren des Strahlteilers in einem Abstand von der Fokalebene Strahlung von sämtlichen Teilen des Zielobjekts, jedoch mit einer verminderten Intensität:
Typischerweise wird der Zentralbereich ein physikalisches Loch durch den Strahlteiler hindurch aufweisen, alternativ kann dies jedoch verwirklicht werden durch Abdecken des Zentralbereiches eines transparenten Substrats während eines Beschichtungsprozesses mit einer reflektietenden Beschichtung (z. B. Aluminium), während ein äußerer Bereich nicht abgedeckt bleibt, und dann Entfernen der Abdeckung.
Bequemerweise ist das Okular physikalisch auf den Zentralbereich des Strahlteilers und auf das Objektiv ausgerichtet, so daß die sichtbare Strahlung durch das Objektiv hindurch zu dem Okular gelangt, ohne abgelenkt zu werden. Jedoch kann der Weg der Strahlung unter Verwendung herkömmlicher optischer Systeme, sofern notwendig, angepasst werden.
Die Erfindung ist insbesondere geeignet für eine Verwendung bei Infrarot-Thermometern, sie kann jedoch auch bei anderen Typen von Strahlungsthermometern bekannten Aufbaus eingesetzt werden.
Ein Beispiel einer Infrarot-Thermometeranordnung gemäß der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen
Fig. 1 ein Längsschnitt durch die Anordnung ist und
Fig. 2 die optische Anordnung mehr im Detail veranschaulicht.
Fig. 1 veranschaulicht eine Infrarot-Thermometeranordnung 10 mit einem Gehäuse 40, das an seinem vorderen Ende eine Bohrung 41 hat, in dem ein Gehäuse 42 gleitend befestigt ist, das eine Objektivlinsenanordnung 43 trägt. Das rückwärtige Ende des Gehäuses 40 trägt eine Okularanordnung 44 mit einer Bohrung 45, an deren gegenüberliegenden Enden ein Paar Linsen 46, 47 mit einer Zieleinrichtung 48 strahlaufwärts von der Linse 47 angebracht ist. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, gelangt Infrarot-Strahlung, die in die Objektivlinsenanordnung 43 eintritt, zu einem Strahlteiler 63, der mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wird. Der Strahlteiler 63 hat eine zentrale Öffnung 64, durch die einiges des Lichtes zu der Zieleinrichtung 48 und von da aus zu der Okularanordnung 44 gelangt. Strahlung, die den Zentralabschnitt umgibt, wird von dem Strahlteiler 63 auf einen Infrarot-Detektor 69 reflektiert.
Um das Objektivlinsengehäuse 42 relativ zu dem Gehäuse 40 zu bewegen, ist ein Steuermechanismus vorgesehen, der einen Fokussierknopf 49 aufweist, der um die Okularanordnung 44 drehbar befestigt ist und ein Steuerelement bildet, wobei der Fokussierknopf Antriebszähne 50 hat, die in ein Ritzel 51 eingreifen, das drehbar in einer seitlichen Ausdehnung 51A der Okularanordnung befestigt ist. Das Ritzel 51 endet in einem mit einem Schraubengewinde versehenen Zapfen 52, der in einer entsprechend mit einem Schraubengewinde ausgestatteten Buchse 53 eines Druckstabes 54 aufgenommen ist, der mit seinem anderen Ende an dem Objektivlinsengehäuse 42 befestigt ist.
Wenn der Knopf 49 gedreht wird, wird dies das Ritzel 51 drehen, das wiederum den Zapfen 53 dreht, der eine lineare Bewegung des Druckstabes und folglich eine lineare, gleitende Bewegung des Objektivlinsengehäuses 42 bewirkt. Eine Druckfeder 55 wirkt zwischen der Okularanordnung und dem Druckstab 54, um irgendeine freie Bewegung zu vermeiden.
Fig. 2 veranschaulicht die optische Anordnung mehr im Detail.
Infrarot-Strahlung 60 wird von der Objektivlinsenanordnung 43 empfangen und auf die Zieleinrichtung 48 fokussiert. Der Strahlteiler 63 ist strahlabwärts einer Sichtfeldbegrenzung 61 angeordnet, die durch einen Teil des Gehäuses 40 definiert wird. Der Strahlteiler 63 hat eine zentrale Öffnung 64, durch die ein zentraler Abschnitt 65 des Strahls, ohne abgelenkt zu werden, zu der Zieleinrichtung 48 und zu der Vorsatzlinse 47 und der Okularlinse 46 gelangt. Strahlung in dem Bereich, der den zentralen Bereich 65 umgibt, wird von dem Strahlteiler 63 wie bei 68 gezeigt, auf den Infrarot- Detektor 69 reflektiert. Bequemerweise ist der Strahlteiler ein transparentes Element, das in dem umgebenden (oder äuße ren) Bereich mit einem reflektierenden Material (z. B. Aluminium) beschichtet ist und in dem Zentralbereich unbeschichtet bleibt.
Im Gebrauch schaut die Bedienungsperson durch die Okularanordnung 44 hindurch und fokussiert die Strahlung durch Drehen des Knopfes 49. Wenn dies einmal erreicht ist, beobachtet er dann das Bild, das das Ziel wiedergibt, von dem aus Infrarot-Strahlung empfangen wird und passt, wenn notwendig, die Ausrichtung des Gehäuses 40 an, so daß das Thermometer auf den zutreffenden Teil des Zielobjektes zielt. Danach wird die Bedienungsperson wissen, daß die Infrarot- Strahlung, die von dem Detektor 69 empfangen wird, von dem gewünschten Zielobjekt aus empfangen worden ist.

Claims

1. Strahlungsthermometer mit einem optischen Objektiv (43), durch das nachzuweisende Strahlung hindurchtritt und fokussiert wird, mit einem Strahlteiler (63), der einen Zentralbereich (64), durch den ein Zentralabschnitt der Strahlung, die durch das Objektiv hindurchgelangt ist, ohne abgelenkt zu werden hindurchtritt, und einen äußeren Bereich, der Strahlung reflektiert und den Zentralbereich umgibt, aufweist, wobei der Strahlteiler in einem Abstand von der Fokalebene des Objektivs angeordnet ist, einem Okular (44) zum Empfangen der Strahlung, die durch den Strahlteiler hindurchtritt, wobei das Okular an der Fokalebene des Objektivs angeordnet ist, und mit einem Strahlungsdetektor (69) zum Empfangen der Strahlung, die von dem Strahlteiler reflektiert wird.

2. Thermometer nach Anspruch 1, bei dem der Zentralbereich ein physikalisches Loch (64) aufweist, das durch den Strahlteiler (63) hindurch verläuft.

3. Strahlungsthermometer nach Anspruch 1, bei dem der Zentralbereich (64) eine unbeschichtete Fläche eines transparenten Substrats aufweist.

4. Strahlungsthermometer nach Anspruch 3, bei dem der Außenbereich mit einem reflektiven Material beschichtet ist.

5. Thermometer nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Okular (44) physikalisch auf den Zentralbereich des Strahlteilers und auf das Objektiv ausgerichtet ist, so daß die sichtbare Strahlung ohne Ablenkung durch das Objektiv (43) hindurch zu dem Okular (44) gelangt.

6. Thermometer nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Thermometer außerdem eine Zieleinrichtung (48) aufweist, auf die das Bild von der Objektivlinse fokussiert wird.

7. Thermometer nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Thermometer außerdem eine Sichtfeldbegrenzung (61) aufweist, die zwischen dem optischen Objektiv (43) und dem Strahlteiler (63) angeordnet ist.

8. Strahlungsthermometer nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem mit einem Gehäuse (40), an dessen vorderem Ende ein Objektivlinsengehäuse (42), das das Objektiv (43) trägt, beweglich angebracht ist, und an dessen rückwärtigem Ende das Okular (44) angebracht ist, und mit einer Steuereinrichtung (54) zum Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Objektivlinsengehäuse (42) und dem Strahlungsthermometergehäuse (40), wobei die Steuereinrichtung mit einem manuell bedienbaren Steuerelement (49) zur Handhabung der Steuereinrichtung verbunden ist und wobei das Steuerelement an dem Strahlungsthermometergehäuse an einem Ort angebracht ist, der in einem Abstand von dem Objektivlinsengehäuse liegt.

9. Thermometer nach Anspruch 8, bei dem das Steuerelement (49) an der Rückseite des Strahlungsthermometergehäuses angeordnet ist.

10. Thermometer nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem das Steuerelement (49) einen Knopf aufweist, der um das Okular (44) herum drehbar angebracht ist.

11. Thermometer nach irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Steuereinrichtung ein paar Elemente (52, 53) umfaßt, die miteinander durch eine mit einem Schraubengewinde versehene Zapfen/Buchse-Verbindung verbunden sind, wodurch eine Drehung eines der Elemente (52), das mit dem Steuerelement (49) verbunden ist, eine lineare Bewegung des anderen Elementes (53) bewirkt, das mit dem Objektivlinsengehäuse (42) verbunden ist.