(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
近焦点光学システム及び光電変換手段を備え、非接触に物体の温度を測定する装置であり、前記光学システムにより光学軸（１ａ）に沿って物体上の測定スポットに前記光電変換手段の像が投影され、前記光電交換手段の像は前記光学システムから鮮鋭点測定スポットＳに向けて縮小した後に拡大し、可視照準線（１０、２０、３０、４０）により測定スポットの境界線を特定する照準装置３を備える装置において、
測定スポットを特定するため、鮮鋭点測定スポットＳの前後の両方で用いることができるように、各照準線は光学軸（１ａ）に対して斜めに配向され、かつ、各照準線は光学軸（１ａ）と交差しないように配向されることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、照準装置（３）の照準線（１０、２０、３０、４０）は互いに斜めに配列されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、照準装置（３）は少なくとも４本の照準線を生じることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、照準装置（３）は光源（９）を備え、前記光源からの光は前記照準線を生じるために用いられることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、照準装置（３）が光源（９）から発して該照準装置に当たって照準線（１０、２０、３０、４０）を生じる光線（９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ）を、互いに垂直な２平面内で傾けるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、照準装置（３）は、前記照準線を生じるために少なくともひとつのプリズムを備えることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、照準装置（３）は、各照準線毎に対応するプリズムをひとつずつ備えることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項４に記載の装置において、光源（９）と照準装置（３）の間に、複数の照準線の数に対応してそれぞれの光線を生じるための手段（１１）が提供されることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置において、これらの手段は回折光学システム（１１）によって形成されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の装置において、照準装置（３）は光学システム（１）の周りの同心円上に配列されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の装置において、回折光学システム（１１）はホログラムであることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の前段に記載されている近焦点光学システム及び光電交換手段を備える対象物と接触せずに温度を測定する装置に関する。
非接触温度測定では、適切な方法を用いて測定する対象物の測定スポット（measurement spot）が見えるようにすることが実用上不可欠である。US-A-5,368,392では、対象物における測定スポットを表す円を描く為に回転する反射鏡にレーザ光線を反射させることが提案されている。しかし、このような照準装置は遠焦点光学システムにしか用いることができない。請求項１の前段に記載されているような近焦点光学システムでは、光電変換手段の投影像は、対象物の測定スポットにおける光学軸に沿って、光学システムからいわゆる鮮鋭点測定スポット(sharp point measurement spot)にかけて縮小された後で拡大される。従来は、近焦点光学システムで測定スポットを識別する為、例えばUS-A-5,368,392に記載された開口したコーン状のレーザが使用されていたが、このレーザは光学システムの光学軸上から発し、鮮鋭点測定スポットの前後において一度ずつ光学システムの実際の光路と交差するものである。そのため、上で導入された照準スポット(sighting spot)は、こうして生じる交差する２平面を離れると、単に実際の測定スポットの近似的な表示を構成するに過ぎない。
もう一つの方法としては、光学システムの外面から、光学軸と鮮鋭点測定スポットとの交点に向かう独立した照準線を指し示すという方法がある。この方法によれば、照準される測定スポットは鮮鋭点測定スポットで０になるまで縮小された後で再び拡大される。この方法では、測定スポットのおおよその大きさしか示すことができない。
光学システムの光線経路のより正確な方向を再現するために、光学システムと鮮鋭点測定スポットの間の領域に向けた光線と、引き続く領域に向けたもう一つの光線を提供することも提案されている。しかし、２本の照準線を用いて照準される大きさの異なる２つの測定スポットは、それぞれ鮮鋭点測定スポットの前後どちらでも見えることになる。このため、一方では、ある種の状況下では正確な照準線の位置決めは困難であり、他方、２本の照準線に分割される光線を生じるだけの光エネルギーが必要となる。その結果として、測定スポットに対する照準線の光量はこれに応じて低くなる。
このような状況に鑑み、本発明の目的は、操作が簡単で、照準スポット実際の測定スポットを十分に近似することができるような請求項１の前段に記した非接触温度計を提供することである。
測定スポットの識別に鮮鋭点測定スポットの前後の両方で照準線を使うことができるように、光学軸を考慮してそれぞれの照準線を斜めに配列するという請求項１に記載した本発明の特徴によって、この目的は達成される。
鮮鋭点測定スポットの前後の両方で、照準線は単に測定しようとする対象物上に照準スポットの範囲を定め、この照準スポットは、鮮鋭点測定スポットにかけて縮小した後再び拡大する。像を投影する光学システムに適応した照準線を配列するという特徴により、表示される照準スポットは鮮鋭点測定スポットの前後の両方で実際の測定スポットに対応する。実際の測定スポットに十分に対応した照準スポットがひとつだけ対象物上に見えるので、装置の操作は簡単になると考えられる。
本発明の更なる長所と具体化は、下位の請求項の主題であり、以下の記載と図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による装置の概要を示す図である。
図２は照準線の概要を示す側面図である。
図３は図２の照準線の概要を示す上面図である。
図４は照準装置の方向における光線の概要を示す図である。
図５は照準装置の方向における照準線の概要を示す図である。
図６は、図３における交点の様々な平面での照準線の概要を示す図である。
図７は本発明による装置を示す図である。
図１は、非接触で対象物の温度を測定する装置の基本概念を示す。近焦点光学システム１、光電変換手段２及び照準装置３を本質的に含む。
測定対象は参照番号４を付して明示されている。測定対象４が発散する熱放射は、光学システム１を経由して、熱放射を光電変換手段２に導く反射鏡５に至る。熱放射は光電変換手段２により通常の方法で電圧に変換された後、次装置６により処理される。
光電変換手段２の像は、反射鏡５と光学システム１からなる経路を通って測定対象４の上に円形の測定スポットとして像を結ぶ。従って、測定スポットの直径は光学システム１と測定対象４の間の距離に直接影響を受ける。
ここで用いるような近焦点光学システムでは、光電変換手段２の像は光学システムにより光学軸１ａに沿って測定対象４の測定スポットに投影されるが、２本の鎖線８ａ及び８ｂで表されるように、光電変換手段２の像は光学システムから鮮鋭点測定スポットＳにかけて縮小された後に拡大される。
結果として、光学システム１からの距離Ｇが短くなる場合、測定対象４の測定スポットは最初のうち縮小する。仮に、鮮鋭点測定スポットＳに到達後この距離が更に短くなると、測定対象４の測定スポットは再び拡大する。
照準装置３の作用により、照準スポットが測定対象４の測定スポットを可視化することができる。測定対象が鮮鋭点測定スポットの中又はその前後のいずれに配置されているかに関わらず、照準スポットは実際の測定スポットに必然的に一致する。この照準装置３の原理は、図２から図６を参照してより詳細に説明する。
図２及び３に示した照準装置３は照準要素３ａ、３ｂ、３ｃ、及び３ｄからなり、これらの照準要素は光学システム１の周囲の同一円周上に互いに等距離に配列される。照準装置３は測定対象とは反対側の面を光源９によって照射される。
図２及び３に示したように、独立した照準要素３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄに当たる光源９からの光線９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、照準要素から出力される照準線１０、２０、３０、４０が光学軸１ａについて斜めに配向されるように、照準装置によって傾けられる。即ち、照準要素に当たる各光線は照準線を生じるために互いに垂直な２平面内で傾けられる。
２平面のなす角度は近焦点光学システムに適応される。分かり易くするため、ここで図示した照準装置は、光学システム１の周りの同一円周上に互いに等距離に配置された照準要素を４つ備えている。鮮鋭点測定スポットにおいて、例えば、交差平面S-Sにおいて、照準線１０、２０、３０、４０は４つの照準点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を生じ、これらの照準点は、照準スポットを特定すると共に、測定スポットと大きさが一致する円周上に等間隔に配置される。しかし、各照準スポットは対応する照準要素に関して９０°オフセットされる。
このことは、光学軸１ａの方向からみたときの図である図５において、特に明瞭である。この場合、照準点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４によって特定される鮮鋭点測定スポットはＳで示される。上側の照準要素３ａから発する照準線１０は、測定スポットＳの下端の照準点Ｓ４を生じる。同様に、右側及び上側の照準点Ｓ３及びＳ２も照準要素３ｃ及び３ｂから生じる。
図６において、照準点は図３に示した異なる５つの交差平面に表示されている。各交差平面において、この平面における測定スポットを特定する照準点は照準線から生じる。中央の交差平面S-Sが鮮鋭点測定スポットＳを含み、この平面の前後に２つの交差平面が配置されるように、種々の交差平面が配置される。鮮鋭点測定スポットより前の平面に生じた測定スポットは、鮮鋭点測定スポットの後の交差平面に生じる測定スポットと同じ直径を持つ。
まず最初に、照準要素３ａから生じる照準線１０のことだけを考えると、この線は種々の交差平面と点Ａ１、Ｂ１、Ｓ１、Ｘ１、Ｚ１にて交わる。同様に、他の照準線によってそれぞれの交差平面に照準点が生じる。照準平面に生じた照準点は、例えば交差平面Ａ−Ａの点Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、測定対象が光学システム１から同じ距離にあれば測定スポットの大きさを示す。測定スポットの大きさは、交差平面Ａ−Ａの測定スポットＡから鮮鋭点測定スポットＳに縮小した後、再度拡大することも図６は示している。測定スポットＡ及びＺまたは測定スポットＢ及びＸのそれぞれが同じ大きさを有するよう、交差平面の配置は選択された。
従って、独立した各照準線１０、２０、３０、４０は、鮮鋭点測定スポットの前後どちらの平面でも、測定スポットの特定に用いることができる。照準線は、光学軸１ａについて斜めに配置されるだけではなく、交差することなくお互いに斜めに配置されるので、交差平面に生じる照準点は、この平面上の測定スポットを特定する。
当然ながら、本発明の範囲内で４本の照準線に代わって２本の照準線だけを用いることもできるし、８本以上の照準線を用いることもできる。１６本の照準線が用いられる場合、独立した照準点によって円形の測定スポットが非常に明瞭に表れる。
傾いた光線を生じるには、照準装置３の照準要素はプリズムで構成すると都合が良い。独立したプリズムの設計は光学システム１に適合しなければならない。詳細は説明しないが、２つの鏡による反射によって照準線を望むとおりに反射するというもう一つの方法もある。
図７に示した実施例では、照準装置３は１６個の独立したプリズムからなるプリズムの輪によって構成される。このプリズムの輪は光学システム１の周りに同一円周上に配置される。照準装置３はまた、独立した照準要素に当たる光線を発するような光源９と協動する。一例としては、特にホログラムのような、照準要素に対応した複数本の光線が生じ、これらの光線が照準要素と直線上に配列されるような回折光学システム１１を照らす光源９（図１を参照）によって、これは達成できる。
測定対象となる物体から放射され、図７の一点鎖線で表される熱放射４ａは、反射鏡５から光電変換手段２に向かう経路を辿る。光電変換手段において熱放射は電圧を生じ、この電圧は良く知られているように更に処理を受ける。
装置から測定対象となる物体への距離がそれぞれ等しいとき、照準点によって測定スポットがはっきりと見えるので、本発明による装置は特に操作が簡単である。従って、照準線の光のエネルギーは全て測定スポットを表すためにも用いられる。
【図１】
0003704360.tif 000002
【図２】
0003704360.tif 000003
【図３】
0003704360.tif 000004
【図４】
0003704360.tif 000005
【図５】
0003704360.tif 000006
【図６】
0003704360.tif 000007
【図７】
0003704360.tif 000008