专利名称：一种用于红外测温仪的光学系统和调焦结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种非接触的光学测温仪器，尤其是一种光学系统的目镜和物镜调焦 均在光学探头后端操作的红外测温仪。
背景技术：
红外测温仪是通过其光学系统采集目标的红外线热辐射能，直接或间接(通过光 纤传输)聚焦到红外测温传感器上，转换成电信号，经后续电路处理，显示测量温度和输出 对应的电信号。其光学系统的形式可分
A.单有物镜，且不可调焦，一般加有指点测量方向的激光束。这种结构最简单，主要用 于简易的低、中、高温红外测温仪；
B.有物镜和目镜，但都不可调焦，这种结构也很简单。列如日本CHINO公司的IR-HS 便携式红外测温仪采用；
C.物镜可在探头前端操作调焦，目镜在探头后端不可调焦。这种结构在一般中、高温 产品中使用较多。列如美国Raytek公司的Marathon系列红外测温仪，美国IRCON公司的 SR和Modline 3系列红外测温仪；
D.物镜可在探头前端操作调焦，目镜可在探头后端操作调焦。这种结构通常用于比较 高端的产品，与本发明所涉及的技术比较相近。如英国LAND公司和日本MINOLTA公司的 TR-630，日本CHINO公司的IR-AH便携式红外测温仪和部分IR-CA系列红外测温仪；
E.物镜可在探头后端操作调焦，但在探头后端的目镜不可调焦。这种结构相对复杂、 也比较新颖，只在当前少数高端产品上可见，与本发明所涉及的技术很相近。如英国LAND 公司的SYSTEM 4 (简称S4)系列固定式红外测温仪和美国IRCON公司的Modline 5系列一 体化红外测温仪。
现有技术的不足和缺点
a.物镜固定，不能根据测量物距的改变来调节测量像距，光学聚焦的分辨率较低；
b.无目镜，不能瞄准观察和判断目标被测量的准确有效部位，当环境光照较亮或目标 温度偏高而发红时，在被测面上，激光红点指向的瞄准效果会因此丧失；
c.目镜不可调焦，会因操作者的视力差异，影响对分划面上的瞄准圆(或瞄准十字)和 目标成像的观察，也不能达到最佳的物镜调焦测量效果；
d.物镜在探头前端操作调焦，会受空气吹扫器和水冷套安装使用的影响；
e.调焦操作部分和活动缝隙裸露，长期在线使用时，容易被工业现场的油汽、灰尘污染 和渗透，仪器容易因此发生故障，影响使用；维护保洁时，清洗也麻烦；
f.物镜调焦后不能锁定或锁定不方便、容易遗忘，在线使用时，可能受被测温工件的震 动影响而引起测量结果的变化；
g.物镜在探头后端操作调焦的现有高端技术，设计结构复杂，且有目镜不能调焦的不 足，列如英国LAND公司的SYSTEM 4 (简称S4)系列固定式红外测温仪，探头前端密封，通过转动在后端的物镜调焦圈、操作物镜移位调焦；其调焦传动结构的零件有铸件架、调 焦圈、齿轮组、传动连杆、弹簧、螺纹等，除了弹簧的阻尼作用，无调焦锁定装置，目镜不能调 焦。还有美国IRCON公司的Modline 5系列一体化红外测温仪，物镜密封固定在探头前 端，通过旋转探头后半段外壳、使内部机芯作整体的直线移位来实现物镜调焦，其外接电缆 连接座固定在前半段外壳上，内部多根电缆连线在调焦时会被来回拉扯；调焦锁定是靠拧 一个基座固定在探头前半段外壳上的大螺丝来顶住可转动的探头后半段外壳；旋转外壳的 加工配合精度要求较高；目镜不能调焦。

发明内容
本发明的任务是提供能同时解决下列问题的总体技术方案
不受吹扫器和水冷套安装使用的影响，物镜和目镜都能调焦，调焦操作的活动部位不 会受到现场油污蒸汽的污染、渗透。本发明采用的技术方案的主要特征是
在光学探头后端，设计有可拉伸调焦的目镜筒和可旋转调焦的物镜调焦圈，设计有探 头的后端盖帽，能密封保护整个活动调焦部位，同时又能顺便锁定物镜的测量像距。本发明与现有技术相比的有益效果是
1)可操作性好目镜和物镜都在探头后端操作调焦，顺手、方便，且完全不受空气吹扫 器、水冷套使用的影响；
2)可靠性高后端密封盖帽的防污染和锁定测量像距的作用，提高了长期在线使用的 可靠性；
3)测量精度和重复性高目镜和物镜的先后调焦，使视力差异的操作者，能得到相同 的、最佳的目视瞄准清晰度、光学聚焦分辨率和测量精度；
4)保洁性好外表光洁的全密封探头，不容易受污染、渗透和结垢，维护清洗更方便(外 接端口在不用时另有密封旋帽保护)；
5)简易最好与物镜在探头后端操作调焦的现有高端技术比较，设计巧，结构简，制造 易，功能齐，适用广，工业实用性强。


图1.本发明的一种光纤红外测温仪光学探头的结构示意图； 图2.本发明的一种一体化红外测温仪的结构示意图3.本发明的带空气吹扫器的光纤红外测温仪光学探头的示意图； 图4.本发明的带空气吹扫和水冷套的一体化红外测温仪的示意图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步的描述。如图1.所示，实施例1.是一种光纤红外测温仪的光学探头，其中
1.可向后拉伸调焦的目镜筒(100)，包括前、后两段螺纹连接的圆筒和装在中间的瞄 准目镜(101)，前段圆筒上开有一条直线定位滑槽(102)，后段圆筒作为目视瞄准眼罩，端 头直径略大，颈部环槽嵌有0型橡胶圈(103)；2.可供左、右旋转的物镜调焦圈(300)，其后端是直径略大的手持滚花转轮，中间有一 圈环型定位滑槽(301)，前段圆筒上有六头外螺纹；
3.可直线滑动移位的物镜筒组件(200)前端装有物镜(201)，前段圆筒上有一条直线 定位滑槽(202)，中段是上下贯通、两边连接的一条滑槽，后段圆筒有六头内螺纹；
4.固定在光学外筒(500)内的分光镜组件(400)，端头45°斜面上装有分光镜(402)， 中间装有带中心瞄准圆的分划板(401)，其前、后二段是直径不同的圆筒，中间用螺纹连接， 前段圆筒上下保留柱面，左右两边削为平面，后段圆筒上有定位螺孔和螺丝(403)；
5.光学外筒组件(500)，前端装有光路密封保护窗(501)；前段上有定位螺孔和螺丝 (502);中段外侧装有接受红外线聚焦光点的器件连接端口(503)和定位螺孔及螺丝(504); 后段上有定位螺孔和螺丝(505);后端有外螺纹，退刀槽卡有0型密封橡胶圈(506);并有后 端保护旋帽(507)。实施例1.的整体组合步序是
1)将目镜筒(100)前段上的直线滑槽(102)和分光镜组件(400)后段上的定位螺丝 (403)配合组装；
2)将物镜筒组件(200)的后段与物镜调焦圈(300)前段的六头内、外螺纹配合组装，分 光镜组件(400)的前段嵌入物镜筒组件(200)的中段滑槽内；
3)将上述1)和2)中的分光镜组件(400)的前、后二部分螺纹连接，中间装上分划板 (401)；
4)将上述3)插入光学外筒(500 )内，定位螺丝(502 )与直线滑槽(202 )限定物镜筒组 件(200)同轴滑配、可直线移动的距离，给外筒(500)装上连接端口(503)；
5)调节分光镜组件(402)在光学外筒(500)中的位置，使入射光通过物镜(201)和分 光镜(402 )反射后的聚焦光点正好落在端口( 503 )中心，而通过分光镜(402 )的可见光聚焦 光点落在分划板(401)上的中心瞄准圆内，用光学外筒(500)上的定位螺丝(504)固定分光 镜组件(400)，定位螺丝(505)与物镜调焦圈(300)中段上的环型滑槽(301)配合，使物镜 调焦圈(300)能在外筒(500)的后端左右来回旋转，外筒(500)与后端旋帽(507)可螺纹连 接，完成整体组合。实施例1.的调焦操作和保护方式是
拉伸目镜筒(100)，改变目镜(101)与分划板(401)之间的距离，通过瞄准目镜(101)将 分划面中心的瞄准圆看清楚；再旋转物镜调焦圈(300)，带动物镜筒组件(200)移动，改变 物镜(201)与分划板(401)之间的距离，在分划面上看清目标成像，根据瞄准圆判断目标的 有效被测温区域；此时，目标辐射的红外线经分光镜(402)反射，聚焦光点落在端口(503) 的中心；通过插入的光纤传输给远端的红外测温传感器接收，进行光电变换和后续电路处 理，显示被测温度和输出对应的电信号。在完成上述操作后，后端盖帽(507 )可推进目镜筒 (100)轴向压紧物镜调焦圈(300)，锁定物镜(201)的测量像距；柔性0型橡胶圈(103)能弹 性微调对物镜调焦圈(300)的压紧配合，增大其转动阻尼，整个有活动缝隙的调焦部位也得 到全密封保护。如图2.所示，实施例2.是在所述光学系统的基础上，增扩了外围部件，构成一种 完整的一体化红外测温仪。其中
a)装有信号处理电路器件的嵌入式微处理器系统PCB板，最多可有4块(701)，
6(702)，(703)，(704)；
b)人机操作界面组件(705)，包含4位LED的数码显示器和3个功能操作按键和相关 处理电路器件；
c)一体化整机外壳(600)前端有光路密封保护窗(601)，后端有0型密封橡胶圈 (606)，和配套的带有观察窗玻璃(602)的后端旋盖(607)，以及外接电缆插座(603)。在图2.实施例2.中，明示了增扩部分的安装位置与本发明所述的光学系统在结 构上的配合。处在整机外壳(600)密封保护内的光学外筒(500)可无须前端光路密封保护 窗(501)，0型密封橡胶圈(506)和后端盖帽(507);端口(503)可直接作为安装红外测温传 感器的座套；目镜筒(100)配合后端人机操作界面组件(705)的安装，可选择采用更长焦距 的目镜(101 )，或采用目镜(101)和(104)组合而加长。除上述调整外，其结构原理、调焦操 作方式和锁定、保护特征，与实施例1.完全相同；因电路部分不涉及本发明内容，故不作进 一步描述。将上述一体化红外测温仪加装电池手柄，改成电池供电，省略后端旋盖(607)，即 可变形为一台手持式红外测温仪。将上述一体化红外测温仪中的部分信号处理电路或人机操作界面分离，另外组成 一台单独的远程电信号处理/显示/控制器，剩余部分就是一台含有红外测温传感器和部 分电信号处理电路的光学测温探头；再添加一条中间连接电缆，就构成一套分体式红外测 温仪。由此可见，用本发明所述的光学系统及其调焦结构，可以构建多种形式的红外测 温仪。
权利要求
一种红外测温仪的光学系统及其调焦结构，包括目镜筒(100)，物镜筒组件(200)，物镜调焦圈(300)，分光镜组件(400)，光学外筒组件(500)； 所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其结构特征是光学外筒(500)的内腔有分光镜组件(400)和物镜筒组件(200)，外部装有红外线聚焦光点接受器件的连接端口(503)，后端有同轴叠装的物镜调焦圈(300)与目镜筒(100)，并有保护盖帽(507)；所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其调焦操作特征是在光学外筒后端拉伸目镜筒(100)，可使目镜(101)移位调焦，旋转物镜调焦圈(300)，可使物镜(201)移位调焦；所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其保护特征是后端盖帽(507)，能锁定物镜(201)的测量像距和对整个调焦操作部位实施全密封保护；所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其适用范围特征是能直接作为光纤红外测温仪的光学探头，也能用来构建各种其它种类或形式的红外测温仪。
2.根据权利要求1所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其特征是目镜筒(100) 可被拉伸调焦；其中间装有瞄准目镜(101)，后端目视瞄准眼罩直径略大，在被盖帽(507) 前推时，能压紧、锁定物镜调焦圈(300);目镜筒(100)的颈部环槽上嵌有0型橡胶圈(103)， 能弹性微调对物镜调焦圈(300)的压紧配合和增大后者的转动阻尼。
3.根据权利要求1所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其特征是物镜调焦圈 (300)前段与物镜筒组件(200)的后段构成一种传动配合，当前者旋转时能推动后者作直线 移动；物镜调焦圈(300)中段上有用于定位安装在光学外筒(500)中的环型滑槽(301)；后 端直径略大、有滚花，靠在光学外筒(500)的外端，供手持旋转操作；其中轴部分是空的，不 影响目镜筒(100)在其中的安装和移动。
4.根据权利要求1所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其特征是物镜筒组件 (200)的前端装有物镜(201)；中段是一条两边贯通、两边连接的滑槽，可容纳分光镜组件 (400)；物镜筒组件(200)的后段与物镜调焦圈(300)的前段构成一种传动配合，当后者旋 转时，能带动前者直线移动。
5.根据权利要求1所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其特征是分光镜组件 (400)端头45°斜面上装有分光镜(402)，中间装有分划板(401);其前段两边为柱面，两边 为平面；能嵌在物镜筒组件(200)的中段滑槽内，又能被精确定位在光学外筒(500)中间； 其后段外径与物镜调焦圈(300)的内径滑配，内径与目镜筒(100)的前段外径滑配安装， 前、后二段螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其特征是光学外筒组 件(500)的前端有光路密封保护窗(501)；前段上有定位螺孔和螺丝(502)，配合物镜筒组 件(200)上的直线定位滑槽(202)安装；中段上装有接受红外线聚焦光点的器件连接端口 (503)；并有定位螺孔及螺丝(504)，配合分光镜组件(400)的安装定位；后段上有定位螺孔 及螺丝(505)，配合物镜调焦圈(300)上的环型定位滑槽(301)安装；后端有外螺纹，退刀槽 卡有0型密封橡胶圈(506)，并有配套的密封旋帽(507)。
7.根据权利要求1所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其调焦方式的特征是 操作者拉伸目镜筒(100)的后端，可调节目镜(101)与分划板(401)之间的相对距离，通过 瞄准目镜(101)，看清分划板(401)的分划面上的中心瞄准圆；再旋转物镜调焦圈(300)，可带动物镜筒组件(200)直线移动，调节物镜(201)与分划板(401)之间的相对距离，看清在 分划面上的目标成像，并在瞄准圆内判断出目标的有效被测温区域；此时，目标辐射的红外 线被分光镜(402)反射，聚焦光点落在连接端口(503)的中央，可由插入的光纤传输给远端 的红外测温传感器接收，经光电变换、后续电路处理，显示被测温度和输出相应的电信号； 用于非光纤传输测温时，连接端口(503)可为直接安装红外测温传感器的座套。
8.根据权利要求1所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其保护方式的特征是 探头后端盖帽(507)，能推进目镜筒(100)轴向压紧物镜调焦圈(300)，锁定物镜(201)的测 量像距和密封保护整个调焦操作部位。
9.根据权利要求1所述的红外测温仪的光学系统和调焦结构，其适用性特征是可直 接用作为光纤红外测温仪的光学探头；但不受此局限，基于所述光学系统和调焦结构，扩展 构建的各种光学测温探头和红外测温仪，均归属本发明的权利要求范围。
全文摘要
本发明涉及一种用于红外测温仪的光学系统及其调焦结构，特征是在光学探头的后端有调焦目镜筒(100)和物镜调焦圈(300)；视力有差异的使用者，通过操作目镜(101)和物镜(201)移位调焦，可达到系统最佳的目视瞄准清晰度，最高的光学聚焦分辨率和相同的测量精度；调焦操作先、后顺手、方便，完全不受空气吹扫器和水冷套安装使用的影响。在测温探头后端的盖帽(507)，能方便锁定物镜(201)的测量像距和对整个调焦操作部位实施密封保护；在线使用时，能使光学探头免受被测温工件在加热时所产生的油汽、灰尘污染、渗透和移动时产生的震动影响。在工业实用性上，超越现有技术。
文档编号G01J5/08GK101922971SQ201010164390
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者袁国炳 申请人:袁国炳