专利名称：可完全稳像调焦的远距离红外测温仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及远距离中低温目标的红外测温技术，具体涉及一种可完全稳像调焦的远距离红外测温仪。
在对某种无法接近的远处目标进行测温时，通常采用远距离红外测温仪来测量其温度，其测量过程是这样的当远处物体发出的红外辐射进入测温仪的光学系统之后，经光学器件聚焦后落在红外探头上，经过红外探头前面的窗口滤波之后，红外探头将给定波段的红外辐射转换为电压信号，再将电压信号放大后按照一定的辐射定律和公式运算处理成目标的温度值并显示出来。这就完成了对远距离目标的温度测量。由于各种被测目标的距离不同，为了保证其红外辐射能准确聚焦于固定的且灵敏面积只有0.2mm×0.2mm(或更小)的红外探头上，必须将调焦装置沿系统光轴前后移动；有彼此相互运动的器件，就存在配合间隙，再加上零件加工和装配上的误差致使调焦装置在移动时必然会产生倾斜，即调焦装置的轴线与系统光轴之间有一个由间隙产生的倾斜夹角θ，对于通常的光学反射镜组成的调焦装置，从其中反射出的红外辐射光线将会有2θ或4θ的偏移，这样就会使目标的红外辐射偏离处于同一系统光轴上的红外探头的灵敏面，这时所测出的温度是不准确的，即存在测量误差。这就是目前世界各国都难以设计制造出远距离红外测温仪的主要原因。
本发明的目的在于提供一种能克服上述技术缺点的远距离红外测温仪，它不但能对远、近目标进行移动调焦时所产生的倾斜误差进行自动的、完全的补偿修正，以得到精确的测量结果，而且具有结构简单、制造成本低的优点。
本发明的目的可以采用如下技术方案来实现，构造一种可完全稳像调焦的远距离红外测温仪，包括沿同一红外接收系统光轴安装的红外探头、聚焦反射镜、误差补偿调焦装置、分光装置和瞄准装置，其中，聚焦反射镜4用于将射入入瞳的光线聚焦和反射到误差补偿调焦装置2，所述分光镜3用于将来自误差补偿调焦装置2的红外线反射、可见光透过。所述红外探头1位于红外光学系统的焦面处，用于接收目标的红外线并进行光电转换，产生并输出电信号交由电器系统处理。所述瞄准装置5用于人眼观察和瞄准远方目标，所述误差补偿调焦装置2包括一个可将射入其内腔壁上的红外线进行偶次反射并射出的调焦光学器件，和一个使调焦光学器件沿光轴前后移动的调焦手轮；所述调焦光学器件是一个光学内锥体。
在本发明提供的可完全稳像调焦的远距离红外测温仪中，所述分光镜是一种可将射在其镜面上的红外线反射、可见光透过的光学器件；所述瞄准观察装置包括一个一端带有盖板的观察筒，在盖板中心线的上面或下面各开有一个观察小孔；在观察筒前端的内腔中装有一块观察目镜，在所述观察目镜的焦面上有一块分划镜，并在分划镜中心的下面装有一块液晶显示板；所述观察筒套装在所述聚焦反射镜上。
实施本发明提供的可完全稳像调焦的远距离红外测温仪，所采用的调焦装置是一个对称于系统光轴的光学内锥体。当没有倾斜发生时，锥体上对称于系统光轴的任意两条锥线与光轴的夹角相等，当有倾斜误差产生时，两条对称锥线中的一条与光轴的夹角会增大，则另一条的夹角相应减小，根据光的反射原理和基本的数学知识可以证明光线在锥体内，经过偶次反射后射出的光线不会因为锥体的倾斜而改变方向，从而得到正确的测温结果。
下面用附图和实施例进一步说明本发明。附图中
图1是本发明测温仪实施例的结构原理示意图，带有箭头的直线表示光线的前进方向；图2是图1中观察瞄准装置的结构示意图；图3是安装在观察装置中的瞄准分划镜结构示意图；图4是倾斜误差补偿原理图，实线表示光学锥体的原位，虚线表示光学锥体倾斜θ角后的位置；带有箭头的直线和虚线表示光线的入射和反射方向。
参照附图1，在系统光轴OA-OB上依次装有红外探头1、误差补偿调焦装置2、分光镜3、聚焦反射镜4，在所述聚焦反射镜4的中心套装有一个观察瞄准装置5。
其中，误差补偿调焦装置2包括一个光学内锥体21，是一个采用光学玻璃制造的内锥反射镜，这种内锥反射镜可以消除由于调焦器件在轴向移动过程中产生的倾斜误差，从而得到正确的测温结果；其锥角一般设置成90°，其工作原理参见图4，射入光学锥体内的红外线在其腔体的内壁上经偶次反射后射出的红外线不会因为光学锥体的倾斜而改变方向；带箭头的虚线表示红外线在有倾斜误差的内锥体表面反射后仍沿着原实线方向射出。为便于移动光学内锥体21进行调焦，在锥体上配有调焦手轮，其调焦转动角度不大于60°，单手操作，无须换手，一转到位，方便使用。
分光装置3具有可将目标辐射的红外线和可见光分开的功能，它是在分光镜的表面上镀有多层光学分光膜，光学分光膜将反射在它表面的红外线和可见光分开，可将红外线反射出去并通过光学内锥体21底部的通孔投射到红外探头1上，经电路处理后输出温度数字信号给显示板；可见光可穿过分光膜并在后面的凹面镜的作用下，将可见光延伸到瞄准装置中的分划镜板上；供人眼瞄准目标。
所述观察瞄准装置5包括一个观察圆筒51，在圆筒的一端设有一个盖板，由于红外光路和可见光光路是完全同轴的，这时在视场的中央会产生一个无法避免的黑影；本瞄准装置采用了黑影消除技术，在观察圆筒51盖板中心处(即整个光学系统的出瞳面)的上面或下面设有一个观察小孔52或53，在瞄准时可避开视场中央的黑影；还可以将所述观察小孔设置在以盖板中心为圆心，以此圆心到小孔中心的距离为半径的圆周上的任一位置上；在圆筒51前端的内腔中装有一块瞄准分划镜54和目镜56，为便于直接看到测试结果，在分划镜中心线的下方装有一块液晶显示板55；可使得在瞄准的同时就可以看到测试结果。
使用时，将测温仪对准测试目标，从目标辐射来的光线通过聚焦反射镜4将光线反射到误差补偿调焦装置的光学锥体2上，经光学锥体的两个反射面修正倾斜误差后射到分光镜3上，分光镜将红外线和可见光分开后将红外线反射并通过光学锥体底部的通孔使红外线投射在红外探头1中，经滤波后将给定波段的红外辐射转换成电压信号，再经放大、运算处理成目标的温度值在液晶显示板上显示出来。从分光镜分出来的可见光被传送到瞄准装置的瞄准分划镜上，供瞄准目标用；本发明具有操作方便、测试资料准确、制造成本低等优点，是一种性能更好的远距离红外测温仪。
权利要求
1.一种可完全稳像的远距离红外测温仪，其特征在于，包括沿同一红外接收系统光轴安装的红外探头(1)、聚焦反射镜(4)、误差补偿调焦装置(2)、分光镜(3)和瞄准装置(5)，其中，所述误差补偿调焦装置(2)包括一个可将射入其内腔壁上的光线进行偶次反射并射出的光学内锥体(21)和使可进行误差补偿的调焦装置(2)沿系统光轴位移的调焦手轮。
2.根据权利要求1所述可完全稳像的远距离红外测温仪，其特征在于，所述分光镜(3)包括一个可将射在其镜面上的红外线反射、可见光透过的光学器件，该光学器件由多层分光膜面和一个凹面构成。
3.根据权利要求1所述可完全稳像的远距离红外测温仪，其特征在于，所述瞄准装置(5)包括一个一端带有盖板的观察筒(51)，在盖板中心线的上面或下面开有一个观察小孔(52)或(53)；在观察筒前端的内腔中装有一块瞄准分划镜(54)和目镜(56)，在所述分划镜(54)中心线的下面装有一块液晶显示板(55)。
4.根据权利要求3所述可完全稳像的远距离红外测温仪，其特征在于所述观察小孔(52)还可以设置在以盖板中心为圆心，以此圆心到小孔中心的距离为半径的圆周上的任一位置上。
5.根据权利要求1或3所述可完全稳像的远距离红外测温仪，其特征在于，所述瞄准装置(5)套装在所述聚焦反射镜(4)上。
全文摘要
一种可完全稳像调焦的远距离红外测温仪,包括沿同一系统光轴安装的红外探头、误差补偿调焦装置、分光镜、聚焦反射镜,套装在反射镜中心的瞄准装置;其中,误差补偿装置包括一个可将射入其内的光线进行偶次反射的光学内锥体,此外还设有调焦手轮。这种测温仪能够修正由于调焦器件在移动时产生的倾斜误差,从而得到准确的温度测试,是一种比现有技术性能更好的远距离红外测温仪器。
文档编号G01J5/08GK1343876SQ0012654
公开日2002年4月10日 申请日期2000年9月20日 优先权日2000年9月20日
发明者杨锡庚 申请人:深圳市一体智能技术有限公司