DE69102941T2

DE69102941T2 - Strahlungsthermometer.

Info

Publication number: DE69102941T2
Application number: DE69102941T
Authority: DE
Inventors: Naoyuki Matsumoto; Toshiyuki Nomura; Naohiro Osuga; Yuji Tsujioka
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1990-05-23
Filing date: 1991-05-16
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2011-05-17
Also published as: JPH081460Y2; US5172978A; EP0458200B1; EP0458200A2; JPH0415024U; DE69102941D1; EP0458200A3

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Strahlungsthermometer, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 beansprucht ist, zum Messen von Infrarotstrahlung, wie sie von einem Gegenstand abgestrahlt wird, dessen Temperatur auf Grundlage der von ihm abgestrahlten Infrarotstrahlung zu messen ist, wobei ein Zielsystem zum Anzeigen eines speziellen, winzigen, zu messenden Punktes vorhanden ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein Strahlungsthermometer mißt die von einem zu messenden Gegenstand abgestrahlte Infrarotstrahlung, und es wird nicht in Kontakt mit dem Gegenstand gebracht. Demgemäß ist das Strahlungsthermometer zum Messen der Temperatur eines kleinen Bereichs und dergleichen mit einem Zielsystem zum Anzeigen einer zu messenden Position versehen.
Ein Strahlungsthermometer ist bereits zum Beispiel in Fig. 1 der Offenlegung Nr. Sho 55-175835 zu einer Japanischen Gebrauchsmusteranmeldung offenbart, das dazu in der Lage ist, Ziele auf dem zu messenden Gegenstand einzustellen.
Bei diesem Strahlungsthermometer wird Infrarotstrahlung durch eine Kondensorlinse so gebündelt, daß sie auf einen Detektor fällt, und eine Ziellichtquelle und eine Ziellinse zum Fokussieren von Ziellicht in ein Bild an einem zu messenden Punkt sind auf der optischen Achse auf der Seite vor der Kondensorlinse angeordnet. Dieses Bild der Ziellichtquelle wird eindeutig auf den zu messenden Punkt fokussiert, um den Punkt zu kennzeichnen.
Bei diesem herkömmlichen Strahlungsthermometer wird das Bild der Ziellichtquelle durch die Ziellinse auf den zu messenden Punkt fokussiert, so daß, obwohl der zu messende Gegenstand oder ein zu messender Abschnitt winzig ist, eine Verschiebung der Zielposition in radialer Richtung der Ziellinse verhältnismäßig einfach dadurch beseitigt werden kann, daß das Ziellicht auf den zu messenden Gegenstand oder den zu messenden Abschnitt fokussiert wird.
Jedoch sind die Ziellichtquelle und die Ziellinse auf der optischen Achse auf der Seite vor der Kondensorlinse angeordnet, so daß Infrarotstrahlung durch die Ziellichtquelle und die Ziellinse abgeblockt werden, was bedeutet, daß die von dem zu messenden Gegenstand abgestrahlte Infrarotstrahlung nicht auf die Kondensorlinse fallen kann, und demgemäß entstand eine Schwierigkeit dahingehend, daß Infrarotstrahlung in diesen Abschnitten mit Verlust behaftet ist.
Ferner ist der Öffnungswinkel vom zu messenden Punkt zur Ziellinse deutlich kleiner als derjenige vom zu messenden Punkt zur Kondensorlinse. Demgemäß trat eine Schwierigkeit dahingehend auf, daß eine Verschiebung des Brennpunkts in Richtung der optischen Achse der Ziellinse nur schwierig erkannt werden kann, und daß es demgemäß schwierig ist, den Brennpunkt genau einzustellen. Darüber hinaus wird, wenn der Brennpunkt des Ziellichts in Richtung der optischen Achse der Ziellinse verschoben wird, die zu messende Durchmesserdifferenz aufgrund einer Verschiebung des zu messenden Punkts deutlich im Vergleich zur Verschiebung des Brennpunkts erhöht, so daß eine Schwierigkeit dahingehend auftrat, daß es auch schwierig ist, den zu messenden Punkt innerhalb des winzigen zu messenden Abschnitts genau zu positionieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung überwindet die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten, und sie zielt darauf ab, ein Strahlungsthermometer zu schaffen, das mit einem Zielsystem versehen ist, das dazu in der Lage ist, dafür zu sorgen, daß ein zu messender Punkt genau mit einer zu messenden winzigen Position übereinstimmt.
Ein erfindungsgemäßes Strahlungsthermometer, bei dem von einem zu messenden Punkt abgestrahlte Infrarotstrahlung durch eine Kondensorlinse auf die Lichtempfangsfläche eines Detektors fokussiert wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Ziellichtquelle mit sichtbarem Licht auf der optischen Achse der Kondensorlinse auf der der Lichtempfangsfläche des Detektors abgewandten Seite angeordnet ist, und eine Ziellinse, deren optische Achse mit der optischen Achse der Kondensorlinse zusammenfällt außerhalb des Umfangs der Kondensorlinse so angeordnet ist, daß Ziellicht von der Ziellichtquelle durch die Ziellinse auf den zu messenden Punkt fokussiert werden kann.
Als Ziellinse kann eine ringförmige oder nichtringförmige Linse verwendet werden. Auch kann als Ziellinse eine solche verwendet werden, die optionsweise einen Aufbau aufweist, der dazu in der Lage ist, das Ziellicht von der Ziellichtquelle auf den zu messenden Punkt zu fokussieren. Darüber hinaus kann wahlweise eine Anzahl von Ziellinsen verwendet werden, die in Richtung der optischen Achse der Kondensorlinse angeordnet sind, was abhängig vom Aufbau der Ziellinse und dergleichen festgelegt wird.
Beim erfindungsgemäßen Strahlungsthermometer wird das Ziellicht von der Ziellichtquelle durch die Ziellinse geführt, um auf der optischen Achse der Kondensorlinse fokussiert zu werden, und die Position, in der das Ziellicht fokussiert wird, fällt mit dem zu messenden Punkt überein, wie er für das Strahlungsthermometer bestimmt wurde. Auch wird zum Messen der Temperatur des Gegenstands der zu messende Abschnitt mit dem Ziellicht beleuchtet, und der Brennpunkt wird so eingestellt, daß der zu messende Punkt mit dem zu messenden Abschnitt übereinstimmt.
Ferner fällt, da die Ziellichtquelle hinter dem Detektor angeordnet ist, die Gesamtmenge der vom zu messenden Abschnitt abgestrahlten Infrarotstrahlung auf die Kondensorlinse. Darüber hinaus kann, da die Ziellinse außerhalb des Umfangs der Kondensorlinse und des Öffnungswinkels ausgehend vom zu messenden Punkt zur Kondensorlinse angeordnet ist, eine Verschiebung des Brennpunkts des Ziellichts in Richtung der optischen Achse der Kondensorlinse leicht erkannt werden, und dadurch kann der Brennpunkt genau eingestellt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 bis 3 dargestellt, in denen
Fig. 1 eine geschnittene Draufsicht ist;
Fig. 2 eine geschnittene Seitenansicht ist; und
Fig. 3 eine Schnittdarstellung ist, die einen Halter für eine Ziellichtquelle zeigt.
Fig. 4 ist eine geschnittene Seitenansicht, die ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 5 ist eine schematische Zeichnung, die ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 6 ist eine schematische Zeichnung, die ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 7 ist eine schematische Zeichnung, die ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 8 ist eine schematische Zeichnung, die ein sechtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeistiele

Nachfolgend wird ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlungsthermometers unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.
Gemäß den Fig. 1 bis 3 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Gehäuse mit einem Linsenzylinder 2, der in dessen zentralem Abschnitt angeordnet ist. Die Bezugszahl 3 bezeichnet eine Kondensorlinse zum Bündeln von Infrarotstrahlung, wie sie von einem zu messenden Punkt abgestrahlt wird. Diese Kondensorlinse 3 ist innerhalb eines Endabschnitts des Linsenzylinders 2 angeordnet, und ein Detektor 4 zum Fokussieren von Infrarotstrahlung, die durch die Kondensorlinse 3 hindurchgetreten ist, ist am anderen Ende des Linsenzylinders 2 angeordnet. Eine Linse aus Si, Ge, BaF&sub2; oder dergleichen, durch die Infrarotstrahlung hindurchgestrahlt werden kann, wird als Kondensorlinse 3 verwendet.
Die Bezugszahl 5 bezeichnet eine Ziellichtquelle aus einer LED, die auf der optischen Achse der Kondensorlinse 3 auf der der Lichtempfangsfläche des Detektors 4 abgewandten Seite angeordnet ist. Diese Ziellichtquelle 5 ist beweglich auf einem Halter 6 so angeordnet, daß ihre optische Achse eingestellt werden kann (siehe Fig. 3). Die Bezugszahlen 7a, 7b bezeichnen Federn, die am Halter 6 so angebracht sind, daß sie die Ziellichtquelle 5 halten, und der Halter 6 ist mit einstellbaren Schrauben 8a, 8b versehen, die an ihm den Federn 7a, 7b gegenüberliegend angebracht sind. Demgemäß werden beim Verdrehen einer oder beider der einstellbaren Schrauben 8a, 8b die Federn 7a, 7b entsprechend ausgedehnt oder zusammengedrückt, um die Ziellichtquelle 5 zu verstellen.
Die Bezugszahlen 9, 10 bezeichnen asphärische (hyperbolische) Ringziellinsen, die außerhalb des Linsenzylinders 2 so angeordnet sind, daß sichtbares Ziellicht, das von der Ziellichtquelle 5 abgestrahlt wird, auf einen zu messenden Punkt 11 fokussiert werden kann, wobei die Einstellung auf Grundlage des Abstands zwischen der Kondensorlinse 3 und dem Detektor 4 und dergleichen dadurch erfolgt, daß dafür gesorgt wird, daß die optischen Achsen derselben mit der optischen Achse der Kondensorlinse 3 übereinstimmen. Die Bezugszahl 12 bezeichnet eine gedruckte Leiterplatte, und die Bezugszahl 13 bezeichnet an entgegengesetzten Positionen angebrachte Kopfschrauben zum festen Anbringen der Ziellinsen 9, 10 am Gehäuse 1 (siehe Fig. 2). Die Bezugszahl 14 bezeichnet Zuleitungsdrähte des Detektors 4, einen Kompensationstemperatursensor (nicht dargestellt) und dergleichen. Die Zuleitungsdrähte 14 sind so angeordnet, daß sie in Richtung der optischen Achse der Kondensorlinse 3 nahezu zu den Kopfschrauben 13 geführt werden können. Die Bezugszahl 15 bezeichnet den optischen Weg des von der Ziellichtquelle 5 abgestrahlten Ziellichts, die Bezugszahl 16 bezeichnet den optischen Weg von Infrarotstrahlung, wie sie von einem zu messenden Gegenstand von der Position des zu messenden Punkts 11 abgestrahlt wird, und die Bezugszahl 17 bezeichnet einen zu messenden Gegenstand.
Bei diesem Strahlungsthermometer wird das Ziellicht von der Ziellichtquelle 5 durch die Ziellinsen 9, 10 auf den zu messenden Punkt 11 fokussiert, wie vorstehend beschrieben. Wenn es erforderlich ist, die optische Achse der Ziellichtquelle 5 einzustellen, wird die Ziellichtquelle 5 darüber hinaus durch Verdrehen einer der einstellbaren Schrauben 8a, 8b oder beider verstellt, wie vorstehend beschrieben.
Demgemäß wird, wenn die Temperatur eines Gegenstands zu messen ist, das Ziellicht, wie es von der Ziellichtquelle 5 abgestrahlt wird, durch die Ziellinsen 9, 10 hindurchgestrahlt wird und fokussiert wird, auf eine Fläche auf dem Gegenstand 17 gestrahlt und auf die zu messende Position fokussiert, wobei der zu messende Punkt 11 genau an der gewünschten Position des zu messenden Gegenstands positioniert werden kann.
Auch ist ersichtlich, daß, da die Ziellinsen 9, 10 außerhalb des Linsenzylinders 2 angeordnet sind, der Öffnungwinkel vom zu messenden Punkt 11 zur Ziellinse 9 größer als derjenige vom zu messenden Punkt 11 zur Kondensorlinse 3 ist.
Demgemäß ist es leicht, eine Verschiebung des Brennpunkts des Ziellichts (schraffierter Bereich) in Richtung der optischen Achse der Kondensorlinse 3 festzustellen, und demgemäß kann das Ziellicht genau fokussiert werden. Darüber hinaus ist, selbst wenn der Brennpunkt des Ziellichts auf die vorstehend beschriebene Weise verschoben ist, der Unterschied hinsichtlich des gemessenen Durchmessers aufgrund einer Verschiebung des zu messenden Punkts 11 klein im Vergleich zur Verschiebung des Brennpunkts. Demgemäß kann auch in einem Fall, bei dem der zu messende Gegenstand klein oder der zu messende Abschnitt winzig ist, der zu messende Punkt 11, wenn das Ziellicht auf den Gegenstand oder den Abschnitt fokussiert ist, genau auf dem zu messenden winzigen Gegenstand oder dem zu messenden Abschnitt positioniert werden, und dadurch kann die Temperatur des winzigen zu messenden Gegenstands oder des zu messenden Abschnitts genau gemessen werden.
Ferner sind auch, da die Ziellinsen 9, 10 ringförmig sind, Einflüsse durch die befestigenden Kopfschrauben 13 und dergleichen verringert, und demgemäß ist es einfacher, die Menge an Ziellicht zu erhöhen, und das Ziellicht eindeutig zu fokussieren.
Auch kann, da die Ziellichtquelle 5 an der der Lichtempfangsfläche des Detektors 4 abgewandten Seite angeordnet ist, die gesamte Menge der Infrarotstrahlung, wie sie von der zu messenden position des zu messenden Gegenstands abgestrahlt wird, durch die Kondensorlinse 3 auf den Detektor 4 fallen, und demgemäß kann ein Verlust an Infrarotstrahlung verhindert werden.
Fig. 4 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind jeweilige unabhängige Ziellinsen 9a, 9b an entgegengesetzten Seiten in radialer Richtung des Linsenzylinders 2 angeordnet. Demgemäß ist die Menge durchgestrahlten Ziellichts kleiner als beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, so daß eine (nicht dargestellte) Ziellichtquelle mit größerer Lichtstärke verwendet wird, die mit der Verringerung der Menge durchgestrahlten Ziellichts fertig wird. Z.B. wird eine LED mit erhöhter Helligkeit verwendet. Die Bezugszahlen 19a, 19b bezeichnen Halteteile zum Befestigen der Ziellinsen 9a, 9b.
Andere konstruktive Maßnahmen sind dieselben wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, so daß sie mit denselben Bezugszahlen wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind, und sie betreffen die Ziellinsen.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist eine Ziellinse 9 ein Teil aus einer doppelt konvexen Linse mit asphärischen Flächen (hyperbolischen Flächen) auf. Diese Ziellinse 9 kann auch aus einer Gußlinse bestehen, was die Herstellkosten deutlich verringert.
Fig. 6 zeigt ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem Ziellinsen 9, 10 aus einem Paar Fresnel-Linsen bestehen. Linsen, die asphärischen Flächen entsprechen, können mit Hilfe von Fresnel-Linsen dadurch erhalten werden, daß das Verfahren zum Einschneiden von Gräben in sie geeignet ausgewählt wird, um die Herstellkosten zu verringern.
Fig. 7 zeigt ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird im Gegensatz die Aberration sphärischer Linsen verwendet, d.h., daß die Ziellinsen 9, 10 aus einem Paar sphärischer Linsen bestehen. Da diese spharischen Linsen als Ziellinsen 9, 10 verwendet werden, kann Herstellung in kleinem Maßstab leicht ausgeführt werden.
Fig. 8 zeigt ein sechstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Ziellicht von einer Ziellichtquelle 5 durch einen Reflexionsspiegel 20 so reflektiert, daß es auf eine Ziellinse 9 fällt und auf einen zu messenden Punkt 11 fokussiert wird. Demgemäß kann die optische Achse des Ziellichts dadurch eingestellt werden, daß der Winkel des Reflexionsspiegels 20 eingestellt wird. Der Reflexionsspiegel 20 kann ringförmig sein.
Andere Konstruktionsmerkmale der in den Fig. 5 bis 8 dargestellten jeweiligen bevorzugten Ausführungsbeispiele sind dieselben wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, so daß sie durch dieselben Bezugszahlen wie beim ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet sind.
Bei einem Strahlungsthermometer, bei dem die Kondensorlinse zum Bündeln der vom zu messenden Gegenstand abgestrahlten Infrarotstrahlung und zum Aufstrahlen derselben auf den Detektor auf die vorstehend beschriebene Weise ausgebildet ist, ist die Ziellichtquelle auf der der Lichtempfangsfläche des Detektors abgewandten Seite angeordnet, und die Ziellinse zum Fokussieren des Ziellichts von der Ziellichtquelle ist außerhalb des Umfangs der Kondensorlinse angeordnet.
Demgemäß kann die gesamte vom zu messenden Gegenstand abgestrahlte Infrarotstrahlung auf die Kondensorlinse fallen, und demgemäß kann ein Bündelungsverlust verhindert werden, so daß die Temperatur des zu messenden Gegenstands genau gemessen werden kann.
Da der Öffnungswinkel vom zu messenden Punkt zur Ziellinse größer ist als derjenige vom zu messenden Punkt zur Kondensorlinse, kann eine Verschiebung des Brennpunkts des Ziellichts in Richtung der optischen Achse der Kondensorlinse leicht festgestellt werden, und demgemäß kann der Brennpunkt genau eingestellt werden. Darüber hinaus ist, selbst wenn eine Verschiebung des Brennpunkts des Ziellichts auftritt, der Unterschied im zu messenden Durchmesser aufgrund der Verschiebung des zu messenden Punkts im Vergleich zur Verschiebung des Brennpunkts verringert. Demgemäß kann der zu messende Punkt auch genau am winzigen zu messenden Gegenstand oder der zu messenden Position dadurch positioniert werden, daß das Ziellicht fokussiert wird, und demgemäß kann die Temperatur des zu messenden Gegenstands oder der zu messenden Position genau erhalten werden.

Claims

1. Strahlungsthermometer, bei dem von einem zu messenden Punkt abgestrahlte Infrarotstrahlung mit Hilfe einer Kondensorlinse (3) auf die Lichtempfangsfläche eines Detektors (4) fokussiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ziellichtquelle (5) mit sichtbarem Licht auf der optischen Achse der Kondensorlinse (3) auf der der Lichtempfangsfläche des Detektors (4) abgewandten Seite angeordnet ist, und eine Ziellinse (9, 10), deren optische Achse mit der optischen Achse der Kondensorlinse (3) zusammenfällt außerhalb des Umfangs der Kondensorlinse (3) so angeordnet ist, daß ein Ziellichtbündel von der Ziellichtquelle (5) durch die Ziellinse (9, 10) auf den zu messenden Punkt fokussiert werden kann.

2. Strahlungsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziellinse (9, 10) so ausgebildet ist, daß sie asphärisch ist.

3. Strahlungsthermorneter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ziellicht von der Ziellichtquelle (5) durch einen Reflexionsspiegel (20) so reflektiert wird, daß es auf die Ziellinse (9) fällt.

4. Strahlungsthermometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziellinse (9, 10) aus einem Paar Fresnel- Linsen besteht.

5. Strahlungsthermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziellinse (9, 10) ringförmig ist.

6. Strahlungsthermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziellichtquelle (5) in radialer Richtung derselben innerhalb eines Halters (6) verschiebbar angeordnet ist.

7. Strahlungsthermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensorlinse (3) und der Infrarotdetektor (4) innerhalb eines Linsenzylinders (2) angeordnet sind, der die Ziellinse (9, 10) an seinem Außenumfang trägt.

8. Strahlungsthermometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Linsenzylinder (2) über die Ziellinse (9, 10) in einem Linsenzylindergehäuse (1) gehalten wird.

9. Strahlungsthermometer nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflexionsspiegel (20) ringförmig ist.