JPH0524029Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0524029Y2 JPH0524029Y2 JP10472386U JP10472386U JPH0524029Y2 JP H0524029 Y2 JPH0524029 Y2 JP H0524029Y2 JP 10472386 U JP10472386 U JP 10472386U JP 10472386 U JP10472386 U JP 10472386U JP H0524029 Y2 JPH0524029 Y2 JP H0524029Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- gradient index
- optical fiber
- index lens
- incident
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 20
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 20
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本考案は、センサとして屈折率分布型レンズに
光フアイバを接続した放射温度計の改良に関す
る。
光フアイバを接続した放射温度計の改良に関す
る。
〈従来の技術〉
従来、光フアイバを用いた放射温度計としては
第５図に示すものが知られている。第５図におい
て１０は円柱状の屈折率分布型レンズ（以下単に
レンズという）であり、このレンズ１０の一方の
側面を測定対象物１２に対向させ、他方の側面の
集光部に光フアイバ１１の端部を固定して測定対
象物１２からの光を伝送する。この場合、レンズ
１０と光フアイバ１１の一部はホルダ１３に収納
される。
第５図に示すものが知られている。第５図におい
て１０は円柱状の屈折率分布型レンズ（以下単に
レンズという）であり、このレンズ１０の一方の
側面を測定対象物１２に対向させ、他方の側面の
集光部に光フアイバ１１の端部を固定して測定対
象物１２からの光を伝送する。この場合、レンズ
１０と光フアイバ１１の一部はホルダ１３に収納
される。
この様に測定信号を光フアイバを用いて伝送す
る放射温度計は、電磁界や化学的雰囲気等によつ
て信号が影響を受けることなく、更に引火爆発の
おそれもないため、電線による信号伝送に比較し
て多くのメリツトを有している。
る放射温度計は、電磁界や化学的雰囲気等によつ
て信号が影響を受けることなく、更に引火爆発の
おそれもないため、電線による信号伝送に比較し
て多くのメリツトを有している。
この様に測定信号を光フアイバを用いて伝送す
る放射温度計は、電磁界や化学的雰囲気等によつ
て信号が影響を受けることなく、更に引火爆発の
おそれもないため、電線による信号伝送に比較し
て多くのメリツトを有している。
る放射温度計は、電磁界や化学的雰囲気等によつ
て信号が影響を受けることなく、更に引火爆発の
おそれもないため、電線による信号伝送に比較し
て多くのメリツトを有している。
〈考案が解決しようとする問題点〉
第６図は前記レンズに入射する光（単波長）の
測定距離と測定径の関係の一例を示すもので、測
定距離によつて測定径（面積）が異なることを示
している。
測定距離と測定径の関係の一例を示すもので、測
定距離によつて測定径（面積）が異なることを示
している。
図によれば、測定距離が100mmでは測定面積は
φ4.6mm、150mmではφ4.4mm、200mmではφ7.5mmとな
つている。即ち測定面積に合わせてセンサ（レン
ズ）の先端を移動させる必要がある。
φ4.6mm、150mmではφ4.4mm、200mmではφ7.5mmとな
つている。即ち測定面積に合わせてセンサ（レン
ズ）の先端を移動させる必要がある。
さらに、このようなレンズと光フアイバを接続
したセンサを２色の放射温度計に使用する場合
は、色収差によつて２波長で測定する面積が異な
るので、それぞれの波長についての前記測定距離
と測定径の関係を求め、それらの関係が合成され
た表を作成し、その表を基にセンサの先端を移動
させる必要がある。
したセンサを２色の放射温度計に使用する場合
は、色収差によつて２波長で測定する面積が異な
るので、それぞれの波長についての前記測定距離
と測定径の関係を求め、それらの関係が合成され
た表を作成し、その表を基にセンサの先端を移動
させる必要がある。
本考案は上記従来技術の問題点に鑑みて成され
たもので、レンズと光フアイバを接続した構造の
放射温度計において、センサと測定対象物の距離
と測定面積の関係に色収差を考慮する必要がなく
精度の高い放射温度計を実現することを目的とす
る。
たもので、レンズと光フアイバを接続した構造の
放射温度計において、センサと測定対象物の距離
と測定面積の関係に色収差を考慮する必要がなく
精度の高い放射温度計を実現することを目的とす
る。
〈問題点を解決するための手段〉
前記問題点を解決するための本考案の構成は、
センサ部の先端に屈折率分布型レンズが設けら
れ、この屈折率分布型レンズの中央に接続された
光フアイバを介して信号を受信する２色の放射温
度計において、前記屈折率分布型レンズに入射し
た平行光が始めに収束する位置の長さの４倍１ピ
ツチとした時に、光フアイバに入射可能な光のう
ち前記屈折率分布型レンズの端面で最大入射角度
を持つものを最大入射角度光とした時、前記異な
る波長の最大入射角度の延長が交差しない長さに
前記屈折率分布型レンズの1/4ピツチの長さを選
定したことを特徴とするものである。
センサ部の先端に屈折率分布型レンズが設けら
れ、この屈折率分布型レンズの中央に接続された
光フアイバを介して信号を受信する２色の放射温
度計において、前記屈折率分布型レンズに入射し
た平行光が始めに収束する位置の長さの４倍１ピ
ツチとした時に、光フアイバに入射可能な光のう
ち前記屈折率分布型レンズの端面で最大入射角度
を持つものを最大入射角度光とした時、前記異な
る波長の最大入射角度の延長が交差しない長さに
前記屈折率分布型レンズの1/4ピツチの長さを選
定したことを特徴とするものである。
〈実施例〉
第１図は本考案の一実施例を示すレンズの構成
図を示すもので、この例においては波長を２色温
度計の使用波長である0.81μmと0.97μmとし、レ
ンズ１０の直径が1.8mm、ピツチが2.25（矢印Ａ側
から入射した光が２サイクルと1/4で光フアイバ
１１への入射口で収束するような長さ）のものを
用いて説明する。なお、光フアイバ１１はレンズ
１０の端面中央に固定されている。
図を示すもので、この例においては波長を２色温
度計の使用波長である0.81μmと0.97μmとし、レ
ンズ１０の直径が1.8mm、ピツチが2.25（矢印Ａ側
から入射した光が２サイクルと1/4で光フアイバ
１１への入射口で収束するような長さ）のものを
用いて説明する。なお、光フアイバ１１はレンズ
１０の端面中央に固定されている。
第２図はレンズに0.81μmと0.97μmの波長の放
射熱が入射した場合の入射角度と焦点の関係を示
すものである。図によれば点線で示す0.97μmの
波長はφ4の角度で入射した場合光フアイバの端
面の中央部で焦点を結ぶか、φ1の角度で入射し
た場合は光フアイバの端面の縁部で焦点を結んで
いる。また、0.81μmの波長はφ2では光フアイバ
の中央部で焦点を結ぶがφ3の角度で入射した場
合は端部で焦点を結ぶ。このφ1およびφ3の角度
を最大入射角と呼んでいる。ここで注目すべきは
波長0.97μmの最大入射角φ1と波長0.81μmの最大
入射角φ3の関係であり、この角度の延長線が交
わらなければ（即ち、φ1＝φ3）測定対象とレン
ズ先端の距離が変化しても距離係数｛測定距離に
よつて変化する測定径（面積）の割合｝が変化せ
ず、色収差の影響を考えなくてよい。
射熱が入射した場合の入射角度と焦点の関係を示
すものである。図によれば点線で示す0.97μmの
波長はφ4の角度で入射した場合光フアイバの端
面の中央部で焦点を結ぶか、φ1の角度で入射し
た場合は光フアイバの端面の縁部で焦点を結んで
いる。また、0.81μmの波長はφ2では光フアイバ
の中央部で焦点を結ぶがφ3の角度で入射した場
合は端部で焦点を結ぶ。このφ1およびφ3の角度
を最大入射角と呼んでいる。ここで注目すべきは
波長0.97μmの最大入射角φ1と波長0.81μmの最大
入射角φ3の関係であり、この角度の延長線が交
わらなければ（即ち、φ1＝φ3）測定対象とレン
ズ先端の距離が変化しても距離係数｛測定距離に
よつて変化する測定径（面積）の割合｝が変化せ
ず、色収差の影響を考えなくてよい。
この様な屈折率分布型レンズの光線軌跡Ｋは第
３図のようなものとなる。図において、 Ｚはレンズの長さ r1は入射端面上の光線の位置 φ0は入射端面上の光線の角度 r2は出射端面上の光線の位置 φ10は出射端面上の光線の角度 であり、ｎ（ｒ）はレンズの屈折率で、 ｎ（ｒ）＝n0（１−１／2Ar2）で表わせる。ここ
で、 n0は光軸の屈折率 Ａは屈折率分布定数 ｒは光軸からの距離である。
３図のようなものとなる。図において、 Ｚはレンズの長さ r1は入射端面上の光線の位置 φ0は入射端面上の光線の角度 r2は出射端面上の光線の位置 φ10は出射端面上の光線の角度 であり、ｎ（ｒ）はレンズの屈折率で、 ｎ（ｒ）＝n0（１−１／2Ar2）で表わせる。ここ
で、 n0は光軸の屈折率 Ａは屈折率分布定数 ｒは光軸からの距離である。
この光線軌跡Ｋは次式により表わすことができ
る。
る。
式を使用し、光フアイバのコア径をrc、臨界
角をθmaxとして第２図で示すφ1，φ3を求めると φ1＝−n01√1 sin√1Ｚ・rc＋cos√A1Ｚ・θma
x… φ3＝−n02√2√sin√2Ｚ・rc−cos√1Ｚ・θm
ax… ここで、A1，A2，n01，n02は２波長における
値を示す。
角をθmaxとして第２図で示すφ1，φ3を求めると φ1＝−n01√1 sin√1Ｚ・rc＋cos√A1Ｚ・θma
x… φ3＝−n02√2√sin√2Ｚ・rc−cos√1Ｚ・θm
ax… ここで、A1，A2，n01，n02は２波長における
値を示す。
上記，式の値が同じになるようなＺの値を
求めることにより、測定対象物とレンズ先端の距
離が変化しても距離係数が変化せず、色収差の影
響を無視することができる。
求めることにより、測定対象物とレンズ先端の距
離が変化しても距離係数が変化せず、色収差の影
響を無視することができる。
第４図はそれぞれの波長（0.81μm，0.97μm）
における最大入射角の差の絶対値｜φ3−φ1｜と
レンズの長さの関係を前記計算式により計算した
結果を示すもので、レンズの長さが37.20のとき
前述の差｜φ3−φ1｜が零になつている。
における最大入射角の差の絶対値｜φ3−φ1｜と
レンズの長さの関係を前記計算式により計算した
結果を示すもので、レンズの長さが37.20のとき
前述の差｜φ3−φ1｜が零になつている。
本実施例では外径1.8mm、ピツチ2.25のレンズ
の場合、1/4ピツチの長さを37.2mmとして使用す
る。
の場合、1/4ピツチの長さを37.2mmとして使用す
る。
なお、レンズの外径、ピツチおよび長さは上記
実施例に限ることなく、波長、光軸の屈折率、屈
折率分布定数を決定すれば計算により各種のレン
ズを用いることができる。
実施例に限ることなく、波長、光軸の屈折率、屈
折率分布定数を決定すれば計算により各種のレン
ズを用いることができる。
〈考案の効果〉
以上実施例と共に具体的に説明したように、本
考案によれば、屈折率分布型レンズに入射した平
行光が始めに収束する位置の長さの４倍を１ピツ
チとし、前述屈折率分布型レンズの端面に入射す
る異なる波長の光の焦点が前記光フアイバの中央
に位置するときを最小入射角、光フアイバの端面
の縁部に位置するときの各光の入射角を最大入射
角と定義したとき、前記異なる波長の最大入射角
の延長が交差しない長さに前記屈折率分布型レン
ズの1/4ピツチの長さを選定したのでセンサの設
置位置に関係なく精度の高い測定が可能な放射温
度計を実現することが出来る。
考案によれば、屈折率分布型レンズに入射した平
行光が始めに収束する位置の長さの４倍を１ピツ
チとし、前述屈折率分布型レンズの端面に入射す
る異なる波長の光の焦点が前記光フアイバの中央
に位置するときを最小入射角、光フアイバの端面
の縁部に位置するときの各光の入射角を最大入射
角と定義したとき、前記異なる波長の最大入射角
の延長が交差しない長さに前記屈折率分布型レン
ズの1/4ピツチの長さを選定したのでセンサの設
置位置に関係なく精度の高い測定が可能な放射温
度計を実現することが出来る。
第１図は本考案による放射温度計用レンズの一
実施例を示す構成図、第２図はレンズに0.81μm
と0.97μmの波長の放射熱が入射した場合の入射
角度と焦点の関係を示す図、第３図は屈折率分布
型レンズの光線軌跡を示す図、第４図はそれぞれ
の波長における最大入射角の差（φ3−φ1）とレ
ンズの長さの関係を示す図、第５図は従来例を示
す構成説明図、第６図は測定距離と測定径の関係
を示す図である。 １０……屈折率分布型レンズ、１１……光フア
イバ。
実施例を示す構成図、第２図はレンズに0.81μm
と0.97μmの波長の放射熱が入射した場合の入射
角度と焦点の関係を示す図、第３図は屈折率分布
型レンズの光線軌跡を示す図、第４図はそれぞれ
の波長における最大入射角の差（φ3−φ1）とレ
ンズの長さの関係を示す図、第５図は従来例を示
す構成説明図、第６図は測定距離と測定径の関係
を示す図である。 １０……屈折率分布型レンズ、１１……光フア
イバ。
Claims (1)
- センサ部の先端に屈折率分布型レンズが設けら
れ、この屈折率分布型レンズの中央に接続された
光フアイバを介して信号を受信する２色の放射温
度計において、前記屈折率分布型レンズに入射し
た平行光が始めに収束する位置の長さの４倍を１
ピツチとした時に、光フアイバに入射可能な光の
うち前記屈折率分布型レンズの端面で最大入射角
度を持つものを最大入射角度光とした時、前記異
なる波長の最大入射角度の延長が交差しない長さ
に前記屈折率分布型レンズの1/4ピツチの長さを
選定したことを特徴とする放射温度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10472386U JPH0524029Y2 (ja) | 1986-07-08 | 1986-07-08 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10472386U JPH0524029Y2 (ja) | 1986-07-08 | 1986-07-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6310429U JPS6310429U (ja) | 1988-01-23 |
| JPH0524029Y2 true JPH0524029Y2 (ja) | 1993-06-18 |
Family
ID=30978485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10472386U Expired - Lifetime JPH0524029Y2 (ja) | 1986-07-08 | 1986-07-08 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0524029Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011044239A1 (en) * | 2009-10-06 | 2011-04-14 | Duke University | Gradient index lenses and methods with zero spherical aberration |
-
1986
- 1986-07-08 JP JP10472386U patent/JPH0524029Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6310429U (ja) | 1988-01-23 |
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