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Title:
METHOD FOR PRODUCING AN INFRARED LIGHTGUIDE, INFRARED LIGHTGUIDE AND INFRARED RADIATION THERMOMETER WITH SUCH A LIGHTGUIDE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/034181
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing an infrared lightguide, an infrared lightguide and an infrared radiation thermometer with such a lightguide. According to the method provided for in the invention an infrared lightguide is produced by coating an even substrate with a layer having high reflectivity in the infrared range and then shaping the coated substrate into a small tube.

Inventors:
BEERWERTH FRANK
KRAUS BERNHARD
HONNEFELLER KATJA
Application Number:
PCT/EP1998/007666
Publication Date:
July 08, 1999
Filing Date:
November 27, 1998
Export Citation:
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Assignee:
BRAUN AG (DE)
International Classes:
G01N22/00; G01J5/00; G01J5/04; G01J5/08; G01J5/10; G01K13/00; G02B6/00; G02B6/10; (IPC1-7): G01K13/00
Foreign References:
US4932789A1990-06-12
EP0801926A11997-10-22
Other References:
KAZANTSEV E.A.: "HOLLOW METALLODIELECTRIC LIGHTGUIDE FOR THE INFRARED REGION", RADIO ENGINEERING AND ELECTRONIC PHYSICS, vol. 24, no. 6, June 1979 (1979-06-01), RENPAL (USA), pages 1084 - 1089, XP002098742
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen InfrarotLichtleiters, dessen Innenseite mit einer Schicht hoher Reflektivität im Infrarotbereich versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen ebenes Substrat zuerst mit der Schicht hoher Reflektivität versehen und dann zu einem Rohr verformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Metallblech, eine Metallfolie oder eine metallisierte Kunststoffolie verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat durch Abscheiden eines Metalls auf einem Träger hergestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Kupfer oder Edelstahl verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht hoher Reflektivität durch Vergolden oder durch Aufbringen einer die lektrischen Reflexionsschicht hergestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Vergolden eine dielektrische Schicht zur Erhöhung des Reflexionsgrads auf die Goldschicht aufgebracht wird.
7. Rohrförmiger InfrarotLichtleiter mit einem Substrat, das mit einer Schicht hoher Reflektivität im Infrarotbereich beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der InfrarotLichtleiter eine in Längsrichtung verlaufende Naht aufweist.
8. InfrarotLichtleiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Metallblech, eine Metallfolie oder eine metallisierte Kunststoffolie ist.
9. InfrarotLichtleiter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Kupfer oder Edelstahl ist.
10. InfrarotLichtleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht hoher Reflektivität aus Gold besteht.
11. InfrarotLichtleiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Goldschicht eine dielektrische Schicht zur Erhöhung des Reflexionsgrads aufgebracht ist.
12. InfrarotLichtleiter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht hoher Reflektivität aus einer dielektrischen Schicht besteht.
13. InfrarotStrahlungsthermometer mit einem Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche. *****.
Description:
Verfahren zur Herstellung eines Infrarot-Lichtleiters, Infrarot-Lichtleiter und Infrarot- Strahlungsthermometer mit einem solchen Lichtleiter Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Infrarot-Lichtleiters, einen Infrarot- Lichtleiter und ein Infrarot-Strahlungsthermometer mit einem solchen Lichtleiter.

Ein derartiges Infrarot-Thermometer ist aus der US-A-4,932,789 bekannt. Ferner ist als Bei- spiel in Fig. 1 eine Meßspitze eines Strahlungsfieberthermometers mit einer einfachen Infra- rotoptik schematisch dargestellt. Sie weist ein IR-durchlässiges Fenster 5 auf, das am vorde- ren Ende eines Gehäuses 3 angeordnet ist, und hinter dem sich ein Infrarot-Lichtleiter 7 ins Innere der Meßspitze erstreckt. Das Strahlungsfieberthermometer weist ferner in einem Sensorgehäuse 2 einen Umgebungstemperatursensor 8 und einen Strahlungssensor 6 auf. Zur Bestimmung der Körpertemperatur wird das vordere Ende dieser Optik in ein Ohr ge- richtet. Vom Trommelfell und Ohrkanal emittierte Infrarotstrahlung tritt durch das Fenster 5 ins Gehäuse 3 ein, wird durch den Lichtleiter 7 zu einem Sensorfenster 4 geleitet, tritt durch dieses in das Sensorgehäuse 2 ein und trifft dort auf den Strahlungssensor 6. Die dadurch im Strahlungssensor 6 hervorgerufene partielle Temperaturerhöhung hat eine elektrische Ausgangsspannung zur Folge, aus der in einem in Fig. 1 nicht dargestellten Rechenwerk die Strahlungstemperatur bestimmt werden kann. Da die Höhe dieser Ausgangsspannung auch von der Umgebungstemperatur-bzw. einer Referenztemperatur-abhängt, wird diese Tem- peratur vom Umgebungstemperatursensor 8 bestimmt. Infrarot-Strahlungsthermometer der vorstehend angegebenen Art werden zur Körpertemperaturmessung sowohl für den Haus- gebrauch als auch im ärztlichen/medizinischen Bereich eingesetzt.

Damit die im Lichtleiter reflektierte Strahlung nicht zu stark abgeschwächt wird, muß die Re- flektivität des Lichtleiters im interessierenden Wellenlängenbereich, bei Strahlungsfieber- thermometern im Bereich von ca. 4 bis 20 pm, möglichst hoch sein. Weiterhin darf sich die Reflektivität des Lichtleiters im Laufe der Zeit nicht, oder nur sehr geringfügig ändern, um Temperaturmeßfehler zu vermeiden.

Da der Lichtleiter bei einer Erwärmung gegenüber dem Strahlungssensor selbst Strahlung emittiert, muß die Emissivität des Lichtleiters möglichst klein sein. Ansonsten muß der Lichtleiter von äußeren Wärmequellen-z. B. dem Ohr, bei der Fiebermessung-gut isoliert werden, oder die Strahlungsemission des Lichtleiters bei der Berechnung der Strah- lungstemperatur berücksichtigt werden, was zu entsprechend aufwendig konstruierten Thermometern oder einer komplizierteren Berechnungsmethode führt.

Der Infrarot-Lichtleiter eines bekannten Infrarot-Strahlungsthermometers besteht aus einem Messingrohr, dessen innere Oberfläche mit Gold beschichtet ist. Bei anderen Infrarot- Strahlungsthermometern besteht der Infrarot-Lichtleiter aus einem zumindest innen che- misch vernickelten Metallrohr, das dann chemisch vergoldet wurde. Die Herstellung derarti- ger Infrarot-Lichtleiter ist relativ aufwendig und teuer. Da die Dicke der mit den bekannten Verfahren im Inneren des Metallrohrs hergestellten Goldschicht nicht konstant ist, ist das Metallrohr meist nicht vollständig mit Gold bedeckt, sodaß sich die Reflektivität des Lichtlei- ters an den nicht bedeckten Stellen im Lauf der Zeit ändern kann, woraus Meßfehler bei den Temperaturmessungen resultieren können.

Da der aus einem innen vergoldeten Metallrohr bestehende Lichtleiter gut wärmeleitend ist, findet während einer Temperaturmessung ein relativ großer Wärmeeintrag in den Infrarot- Sensor statt, wodurch die Meßgenauigkeit beeinträchtigt sein kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einerseits ein Verfahren zur Herstellung eines Infrarot-Lichtleiters anzugeben, das einfach und preisgünstig ist und zu gleichmäßigen und langzeitstabilen Reflexionsschichten führt, und andererseits einen Infrarot-Lichtleiter und ein Infrarot-Strahlungsthermometer mit einfachem Aufbau anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Verfahren, bei dem der Lichtleiter durch Ver- sehen eines im wesentlichen ebenen Substrats, insbesondere eines Blechs oder einer Me- tall-oder Kunststoffolie, mit einer Schicht hoher Reflektivität im Infrarotbereich und anschlie- ßender Verformung zu einem rohrförmigen Lichtleiter hergestellt wird. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, daß die gesamte Innenseite des Rohrs mit einer geschlossenen Re- flexionsschicht konstanter Dicke bedeckt ist.

Bevorzugte Ausführungen erfindungsgemäß hergestellter Lichtleiter weisen ein Substrat auf, das mit einer Goldschicht als Reflexionsschicht versehen ist, auf die zusätzlich noch eine dielektrische Schicht zur Erhöhung des Reflexionsgrads aufgebracht sein kann. Eine andere Ausführung eines erfindungsgemäß hergestellten Lichtleiters weist ein Substrat auf, das mit einer dielektrischen Schicht zur Erhöhung des Reflexionsgrads versehen ist. Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen für Infrarot-Lichtleiter erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Weitere Ausgestaltun- gen sind in der Beschreibung beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 schematisch eine Meßspitze eines Strahlungsthermometers ; Fig. 2-4 schematisch Infrarot-Lichtleiter im Querschnitt.

Bei einem ersten erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Substrat, d. h. insbesondere ein Blech oder eine Folie vergoldet, insbesondere auf galvanischem Weg. Das vergoldete Blech oder die vergoldete Folie wird dann in Stücke passender Größe geschnitten, und durch Ver- biegen zu Rohren entsprechender Abmessungen verformt. Die Kanten der geschnittenen Stücke sind bei diesem Verfahren nicht vergoldet. Daher werden die Kanten auf Stoß gebo- gen, sodaß sich ein rohrförmiger Lichtleiter mit kreisförmigem Querschnitt ergibt, der jedoch eine in Längsrichtung verlaufende Naht aufweist, vgl. Fig. 2. Die Innenseite des Rohrs ist vollständig vergoldet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung eines Lichtleiters, bei der sich die Kanten an einer Nahtstelle überlappen, ist es vorteilhaft, wenn das Blech oder die Folie bereits vor dem Ver- golden bzw. vor dem Verchromen auf die Abmessungen des herzustellenden Rohres zuge- schnitten wird, da in diesem Fall auch die Kanten des Blechs bzw. der Folie mitvergoldet werden, und nach dem Biegen des Substrats eine vollständig vergoldete Innenseite des Rohres erhalten wird.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführung eines rohrförmigen Lichtleiters, bei der die Kanten des Substrats nach außen gebogen sind, ist es unerheblich ob die Kanten vergoldet sind oder nicht. Daher kann dieser Lichtleiter ohne Einbuße bei der Qualität der Reflexionsschicht nach beiden oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden.

Als Substrat wird vorzugsweise ein Kupferblech oder eine Kupferfolie verwendet, die zu- nächst verchromt und dann vergoldet wird. Wird statt des Kupfers Edelstahl verwendet, kann auf die Verchromung verzichtet werden. Die vergoldete Seite des Substrats, d. h. die spätere Innenseite des Rohrs, besitzt aufgrund der Vergoldung den für einen Infrarot-Lichtleiter er- forderlichen hohen Reflexionsgrad. Bei Verwendung eines Substratmaterials, das im Infra- roten sowieso einen ausreichend hohen Reflexionsgrad aufweist, kann auf die Vergoldung verzichtet werden.

Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zu vergoldende Substrat durch insbesondere galvanisches Abscheiden von Metall auf einem Träger herge- stellt, von dem es vorzugsweise erst nach dem Vergolden abgenommen wird.

Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Substrat eine me- tallisierte Kunststoffolie verwendet. Da ein Lichtleiter mit Kunststoffsubstrat während einer Temperaturmessung aufgrund der kleinen Wärmekapazität des Kunststoffs eine relativ gro- ße Temperaturänderung erfahren kann, die eine erhöhte Emissivität des Lichtleiters und dadurch eine Verfälschung des Meßergebnisses zur Folge haben kann, wird bei dieser Vari- ante vorzugsweise auf die Goldschicht zusätzlich eine dielektrische Schicht zur Erhöhung des Reflexionsgrads aufgebracht, sodaß die Innenseite des Lichtleiters im relevanten Wel- lenlängenbereich einen Reflexionsgrad von über 99%, d. h. einen Emissionsgrad von weni- ger als 1 % aufweist.

Bei einem Strahlungsthermometer, dessen Lichtleiter einen derart geringen Emissionsgrad aufweist, kann auf die sonst übliche gute thermische Kopplung zwischen Lichtleiter und Strahlungssensor verzichtet und daher der Infrarot-Sensor besser gegenüber dem Gehäuse des Strahlungsthermometers thermisch isoliert werden.

Bei einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren wird das Substrat nicht vergoldet, son- dern auf das Substrat eine dielektrische Schicht zur Erhöhung des Reflexionsgrads aufge- bracht.

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