DE3607679A1

DE3607679A1 - Parallaxefreie visiereinrichtung fuer ein pyrometer

Info

Publication number: DE3607679A1
Application number: DE19863607679
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Dr.-Ing. DDR 3014 Magdeburg Hebmüller; Albert Dipl.-Phys. DDR 3302 Barby Nebelung
Original assignee: WEINERT E MESSGERAETEWERK
Current assignee: WEINERT E MESSGERAETEWERK
Priority date: 1985-05-07
Filing date: 1986-03-08
Publication date: 1986-11-13
Also published as: DE3607679C2

Description

Titel der Erfindung
Parallaxefreie Visiereinrichtung für ein Pyrometer Anwendungsgebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine parallaxefreie Visiereinrichtung für ein Pyrometer, welches insbesondere für den Niedertemperaturbereich und weit entfernte oder sehr kleine Meßobaekte geignet ist. Die Temperaturmessung kann dabei in einem beliebig Sestlegbaren Wellenlängenbereich der Infrarotstrahlung erfolgen.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Bei den bekannten technischen Lösungen werden zur Bündelung der Wärmestrahlung vom Meßobjekt sowohl Linsen als auch Spiegel verwendet. Bei der Messung im Niedertemperaturbereich ist der Spektralbereich mit der Wellenlänge 8 e ... 14,im der energetisch günstigste und dabei weitestgehend von atmosphärischen Störungen frei. Wesentlich für eine berührungslose Temperaturmessung ist die Möglichkeit der parallaxefreien Anvisierung des Meßobjektes. Bei einer Vielzahl bekannter Lösungen für Niedertemperaturpyrometer verwendet man Einzelspiegel, in deren Breanpunkt der Strahlungsempfänger angeordnet ist. Beispiele dafür sind die Geräte der Firma Thermophil Infra, die Gerätetypen T 203, 4472 und 5680 der Firma Ultrakust (BRD) und das Gerät IR 1000 der Firma Trilau. Bei der Verwendung von Einzelspiegeln ist jedoch eine parallaxefreie Visierung nicht bzw. nur mit hohem Aufwand möglich, da an der für die Visierung günstigsten Stelle der Empfänger angeordnet ist.
Zusätzliche Anordnungen zur Visierung haben den Nachteil aufwendiger konstruktiver Lösungen und erheblicher Abschattungen des Spiegels und damit großer Energieverluste.
Aus diesem Grund haben sich international Spiegelsysteme mit zwei sphärischen Spiegeln für die Varianten mit parallaxefreiem Visier durchgesetzt. Insbesondere werden Cassegrainsysteme verwendet. Durch die Verwendung von Cassegrainsystemen lassen sich echsellichtpyrometer realisieren, die eine sehr hohe Temperaturauflösung ermöglichen. Dazu ist im Strahlengang zwischen dem Konkavspiegel und dem Strahlungsempfänger ein Chopper angeordnet, der die keßstrahlung moduliert. Beispiele für solche Systeme sind das Gerät Cyclops 33 der Firma Minolta Land, die DD-PS 147 410 und die JP-PS 50-15672. Nachteilig bei der Verwendung von Cassegrainsystemen ist die Abschattung des Konkatvpiegels durch den Konvexspiegel, wodurch Energieverluste auftreten, die durch größere Konkavspiegeldurchmesser ausgeglichen werden müssen. Weiterhin ist die Abschattung des Konkavspiegels von der Entfernung des Meßobjektes abhängig, was durch weitere Maßnahmen, die jedoch eine Verringerung des Energieangebotes des optischen Systems zur Folge haben, auf gel hoben werden muß.
Diese Nachteile haben dazu geführt, daß Geräte für den Niedertemperaturbereich, von denen eine hohe AuSlösung und Genauigkeit gefordert wird, mit Linsen ausgerüstet sind, die mindestens eine spektrale Transmission von 8...14/um Wellenlänge besitzen. Beispiele dafür sind die Geräte der Firma AGA(S3).
Bei diesen Geräten ist jedoch eine direkte optische Visierung nicht möglich, da die eingesetzten Linsen für das sichtbare Licht undurchlässig sind. Durch die Verwendung entsprechender Wandler wird die Infrarotstrahlung auf einem Bildschirm sichtbar gemacht, wodurch die Visierung ermöglicht wird. Die entsprechenden Wandler und der Bildschirm erfordern jedoch einen hohen gerätetechnischen Aufwand.
Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, eine parallaxefreie Visiereinrichtung für ein Pyrometer zu schafen, mit der die genannten Nachteile bekannter technischer Lösungen vermieden werden.
Insbesondere sollen Shergieverluste durch das optische System vermieden und die Visierung ohne Wandler und Bildschirm ermöglicht werden. Weiterhin soll die Visierung unabhängig von der Entfernung des Meßobjektes sein und es sollen extrem kleine Meßflecke bei relativ großen Entfernungen des BSeßobjektes realisiert werden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, mit geringem konstruktiven Auf wand und kleinen Abmessungen eine entsprechende Visiereinrichtung zum Einsatz für tragbare Pyrometer zu schaffen.
Durch die vortellharte Ausfükruig der erfindungsgemäßen Visiereinrichtung können neue wesentliche Anwendungsgebiete für die beruhrungslose Temperaturmessung mittels Pyrometern erschlossen werden.
Darlegung des iVesens der Erfindung Ausgabe der erfindung ist es, eine parallaxefreie Visiereinrichtung für ein Pyrometer zur Anvisierung weit entfernter Meßobjekte und bei kleinem Meßfleck zu schaffen. itr die Visiereinrichtung wird eine Objektivlinse und eine verspiegelte Fläche verwendet, die zumindest den sichtbaren Teil auffallender Strahlung reflektiert und damit in bekannter Weise durch eine Visieroptik eine Anvisierung des Meßobjektes ermöglicht.
Erfindtingsgemäß wird die Auf gabe dadurch gelöst, daß die Obåektivlinse in einem Bereich für Infrarotstrahlung hohe Transmissionseigenschaften und in einem zentrisch zur optischen Achse angeordneten Bereich für zumindest den sichtbaren Teil ankommender Strahlung hohe IDransmissionseigenschaSten besitzt.
Dabei umfaßt der für Infrarotstrahlung durchlässige Bereich der Objektivlinse mindestens den spektralen Transmissionsbereich eines atmosphärischen Fensters, z.B. 8... 14/um Wellenlänge. Die verspiegelte Fläche ist Bestandteil eines Choppers oder eines halblurchlässigen Spiegels, so daß die Infrarotstrahlung au9 bekannte Art und Weise au9 den Strahlungsempfänger gelangt.
Ausführungsbeispiel Die Erfindung soll anhand nachstehenden Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen Fig. 1 eine Visiereinrichtung mit Beobachtungsoptik und Fig. 2 eine Visiereinrichtung mit interner Lichtquelle.
Gemäß Fig. 1 fällt die ankommende Strahlung durch eine Objektivlinse 1 auf eine verspiegelte Fläche 2. Die Objektivlinse 1 besitzt einen zentrisch zur optischen Achse angeordneten Bereich 12, der für sichtbare Strahlung durchlässig ist und einen Bereich 11, der für Infrarotstrahlung durchlässig ist.
Die spektrale Transmission des Bereiches 11 der Objektivlinse 1 kann durch eine ein- oder zweiseitig aufgebrachte Schicht 16 wesentlich erhöht werden. Der für sichtbare Strahlung durchlässige Bereich 12 der Objektivlinse 1 kann z.B. als planparallele Platte oder als plan- bzw. bikonvexe Linse ausgeführt sein.
Die verspiegelte Fläche 2 ist Bestandteil eines Choppers oder eines halbdurchlässigen Spiegels und reflektiert mindestens den sichtbaren Teil auffallender Strahlung. Diese sichtbare Strahlung gelangt über eine Feldblende 3, eine Feldlinse 4, einen Umkehrspiegel 5, eine Umkehrlinse 6 und eine Strichplatte 7 auf ein Okular mit den Linsen 8 und 9. Somit kann eine parallaxefreie Anvisierung des Meßobjektes realisiert werden.
lurch die erfindungsgemäße Visiereinrichtung ist es möglich, Objektivlinsen einzusetzen, die einen für die Messung im Niedertemperaturbereich breiten Spektralbereich übertragen, aber für das sichtbare Licht bis auf einen verhältnismäßig kleinen Bereich undurchlässig sind. Dadurch können die theoretisch maximal möglichen Energiebereiche eingesetzt und sehr kleine Meßflecke auch in großen Entfernungen realisiert werden.
Die Infrarotstrahlung gelangt auf bekannte Art und Weise über den Chopper oder den halbdurchlässigen Spiegel auf den StrahlungsempfängeE 10.
Die Visiereinrichtung gemäß Fig. 2 weist anstelle des Okulars eine Lichtquelle 13 auf, deren Strahlung von einem Konkavspiegel 14 gebündelt und über eine Kondensor 17, den Umleakspiegel 5, die Feldlinse 4 und die Feldblende 3 aus die verspiegelte Fläche 2 fällt und von dort durch den Bereich 12 der Ob-Jektivlinse 1 auf das Meßobjekt reflektiert wird. Durch entsprechende Dimensionierung der Feldlinse 4, der Feldblende 3 und des Kondensors 17 kann mit dem auf das Meßobjekt reflektierten Lichtstrahl die Meßfleckfunktion für die Infrarotstrahlung dargestellt werden. Damit ist die Lage und Größe des Meßflecks 15 eindeutig zu erkennen. Diese Ausführung der erz in dungsgemäßen Visiereinrichtung ist besonders vorteilhaft für sehr kleine Meßobjekte in relativ geringer Entfernung geeignet.
In Abwandlung der Visiereinrichtung nach Fig. 2 kann als Lichtquelle 13 eine Laserlichtquelle eingesetzt werden, so daß aufgrund der hohen Parallelität des Laserlichtes die Feldlinse 4 und die Beldblende 3 entfallen können.
Aufstellwng über die verwendeten Bezugszeichen 1 Objektivlinse 2 verspiegelte Fläche 3 Fellblende 4 Belulinse 5 Umkehrspiegel 6 Umkehrlinse 7 Strichplatte 8 Linse 9 Linse 10 Strahlungsempfänger 11 Bereich 12 Bereich 13 Lichtquelle 14 Konkavspiegel 15 Meßfleck 16 Schicht 17 Kondensor

Claims

patentansprucÇ 1. Parallaxefreie Vlsiereinrichtung für ein Pyrometer, wobei eine Obaektivlinse und eine verspiegelte Fläche, die zumindest den sichtbaren Teil auffallender Strahlung reflektiert und damit in bekannter Weise eine Anvisierung des Meßobjektes ermöglicht, im Pyrometer vorhanden sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Obaektivlinse in einen Bereich für Infrarotstrahlung eine hohe Transmission und in einem zentrisch zur optischen Achse angeordneten Bereich für zumindest den sichtbaren Teil ankommender Strahlung eine hohe Transmission besitzt.
2. Parallaxefreie Visiereinrichtung für ein Pyrometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Sür sichtbares Licht durohlässige Bereich der ObJektivlinse eine planparallele Platte ist.
3. Parallaxefreie Visiereinrichtung rür ein Pyrometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der für sichtbares Licht durchlässige Bereich der Obaektivlinse eine plan-bzw. bikonvexe Linse ist.
4. Parallaxefreie Visiereinrichtung für ein Pyrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Objektivlinse zur Erhöhung der Spektralen Transmission ein- oder zweiseitig beschichtet ist.
5. Parallaxefreie Visiereinrichtung für ein Pyrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß an Stelle des Okulars eine Lichtquelle, ein Konkavspiegel und ein Kondensor angeordnet sind, so daß das Licht der Lichtquelle durch den für sichtbares Licht durchlässigen Bereich der Obåektislinse den Meßfleck ausleuchtet.
6. Parallaxefreie Visiereinrichtung für ein Pyrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß an Stelle des Okulars eine Laserlichtquelle eingesetzt ist.