紅外測溫儀以及用于測量能量區(qū)域的溫度的方法
【專利摘要】本申請公開了一種紅外測溫儀以及一種用于測量能量區(qū)域的溫度的方法。該紅外測溫儀包括：分束器，用于將來自于待測能量區(qū)域的入射光束分成紅外光束和可見光束；紅外檢測器，用于檢測所述紅外光束并根據(jù)所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區(qū)域的溫度的信號；以及瞄準器，其具有光學模組，所述光學模組用于生成反射的指示圖像，并且透射所述可見光束以在觀察窗處生成目標圖像，其中所述瞄準器用于將所述指示圖像重疊在所述觀察窗處的目標圖像上，以將所述紅外檢測器對準所述待測能量區(qū)域。本申請的紅外測溫儀和測量方法更便于操作人員對準待測能量區(qū)域，從而提高測量的準確性。
【專利說明】紅外測溫儀以及用于測量能量區(qū)域的溫度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及測量【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種紅外測溫儀以及用于測量能量區(qū)域的溫度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外測溫儀被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)與日常生活中，其用來對物體表面上某一能量區(qū)域的溫度進行測量。然而，由于紅外線是不可見的，因而當人們利用紅外測溫儀來測量溫度時，通常僅能夠通過盡量靠近該能量區(qū)域，或者通過觀察測溫儀與待測能量區(qū)域的相對位置來瞄準該能量區(qū)域。這種瞄準方法難以實現(xiàn)測溫儀中的紅外檢測器與待測能量區(qū)域的精確對準，因而影響了測量結(jié)果的準確性。
[0003]一些紅外測溫儀采用了外紅點式的激光瞄準裝置來將紅外測溫儀中的紅外檢測器與待測能量區(qū)域?qū)?。這種紅外測溫儀能夠向待測能量區(qū)域發(fā)射激光束以在其表面形成用于瞄準的光斑(也即外紅點)，因而人們能夠通過觀察瞄準光斑與待測能量區(qū)域的相對位置和重合情況來判斷紅外檢測器與待測能量區(qū)域是否對準。然而，當待測能量區(qū)域的溫度較高時，例如上千度或更高時，其通常會同時發(fā)出高亮度的可見光，所發(fā)出的可見光會影響人們對待測能量區(qū)域上瞄準光斑的觀察，進而影響紅外檢測器與待測能量區(qū)域之間的對準。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請的一個目的在于提供一種能夠精確對準待測能量區(qū)域的紅外測溫儀以及測量方法。
[0005]本申請的一個方面公開了一種紅外測溫儀，包括:分束器，用于將來自于待測能量區(qū)域的入射光束分成紅外光束和可見光束；紅外檢測器，用于檢測所述紅外光束并根據(jù)所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區(qū)域的溫度的信號；以及瞄準器，其具有光學模組，所述光學模組用于生成反射的指示圖像，并且透射所述可見光束以在觀察窗處生成目標圖像，其中所述瞄準器用于將所述指示圖像重疊在所述觀察窗處的目標圖像上，以將所述紅外檢測器對準所述待測能量區(qū)域。
[0006]對于上述紅外測溫儀，其通過分束器將來自待測能量區(qū)域的入射光束分成了用于測量溫度的紅外光束，以及用于供操作人員瞄準的可見光束。同時，該紅外測溫儀還提供了用于將紅外檢測器對準待測能量區(qū)域的瞄準器。這種瞄準器采用的是內(nèi)紅點瞄準器結(jié)構(gòu)，其所生成的指示圖像被重疊在紅外測溫儀觀察窗處的待測能量區(qū)域的目標圖像上，而非以外紅點的形式直接重疊在待測能量區(qū)域?qū)嶓w表面上。因此，本申請的紅外測溫儀更便于操作人員對準待測能量區(qū)域。
[0007]在一些實施例中，所述紅外測溫儀還包括:光衰減器，其耦接在所述分束器與所述瞄準器之間，用于降低所述可見光束的光強。當入射光束的光強較高時，特別是其可見光部分的光強較高時，應(yīng)用光衰減器可以有效地避免操作人員的眼睛在觀察時受傷，并且還可以提高指示圖像相對于可見光束形成的目標圖像的光強比，從而使得操作人員能夠辨別這兩者。
[0008]在一些實施例中,所述貓準器包括:光源，用于發(fā)射參考光束；其中所述光學模組包括反射面，所述反射面用于將所述參考光束反射到所述觀察窗，以在所述觀察窗處形成所述反射的指示圖像。
[0009]在一些實施例中，所述光學模組包括:具有凹形反射面的析光鏡，用于透射所述可見光束到所述觀察窗，并用于將所述參考光束反射到所述觀察窗；其中，所述反射面是所述析光鏡的所述凹形反射面。
[0010]在一些實施例中，所述光學模組包括:凸透鏡，用于會聚所述參考光束以生成所述指示圖像；光束組合器，用于透射所述可見光束到所述觀察窗，并且將所述參考光束形成的所述指示圖像反射到所述觀察窗，其中，所述反射面位于所述光束組合器朝向所述觀察窗的一側(cè)。
[0011]在一些實施例中，所述光學模組還包括輔助透鏡組，其用于會聚或擴散所述可見光束和/或參考光束。
[0012]在一些實施例中，所述光源包括至少一個發(fā)光二極管或激光二極管。二級管的功耗低，特別適用于便攜式的紅外測溫儀。
[0013]在一些實施例中，所述至少一個發(fā)光二極管或激光二極管包括紅光二極管、綠光二極管、藍光二極管或其組合。這樣，操作人員能夠根據(jù)入射光束的顏色來選擇色調(diào)對比更為明顯的參考光束(即指示圖像的顏色)，從而更便于觀察。
[0014]在一些實施例中，所述瞄準器還包括:分劃板，用于調(diào)節(jié)所述參考光束的形狀。通過調(diào)節(jié)參考光束的形狀，指示圖像的形狀和大小可以改變。
[0015]在一些實施例中，所述分劃板具有中心開孔以及位于所述中心開孔周圍的環(huán)形開孔。該中心開孔形成的圖形可以用于定位待測能量區(qū)域的中心位置，而該環(huán)形開孔形成的圖形則可以確定被待測能量區(qū)域的范圍，也即劃定待測能量區(qū)域的邊界。
[0016]在一些實施例中，所述紅外測溫儀還包括:紅外聚焦鏡組，其用于將所述紅外光束聚焦到所述紅外檢測器。
[0017]在一些實施例中，所述紅外測溫儀還包括:平面鏡，其耦接在所述分束器與所述瞄準器之間，用于將所述可見光束反射到所述瞄準器。
[0018]在一些實施例中，所述分束器具有與所述平面鏡平行的分束層。
[0019]在一些實施例中，所述紅外檢測器具有第一視場，所述指示圖像具有第二視場，其中所述第一視場的視場角范圍小于或等于所述第二視場的視場角范圍。
[0020]本申請的另一方面還公開了一種用于測量能量區(qū)域的溫度的方法，包括:將來自于待測能量區(qū)域的入射光束分成紅外光束和可見光束；生成反射的指示圖像；透射所述可見光束以在觀察窗處生成目標圖像；將所述反射的指示圖像重疊在所述觀察窗處的目標圖像上，從而對準所述待測能量區(qū)域與用于檢測所述紅外光束的紅外檢測器；以及用所述紅外檢測器檢測所述紅外光束，并根據(jù)所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區(qū)域的溫度的信號。
[0021 ] 在一些實施例中，在所述透射步驟之前，所述方法還包括:降低所述可見光束的光強。[0022]在一些實施例中，所述生成指示圖像的步驟包括:提供用于發(fā)射參考光束的光源；以及會聚地反射所述參考光束，以在所述觀察窗生成所述反射的指示圖像。
[0023]在一些實施例中，所述方法還包括調(diào)節(jié)所述參考光束的顏色。
[0024]在一些實施例中，所述生成指示圖像的步驟還包括:調(diào)整所述參考光束的形狀。
[0025]在一些實施例中，所述指示圖像具有中心圖形和/或位于所述中心圖形周圍的環(huán)形圖形。
[0026]以上為本申請的概述，可能有簡化、概括和省略細節(jié)的情況，因此本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該認識到，該部分僅是示例說明性的，而不旨在以任何方式限定本申請范圍。本概述部分既非旨在確定所要求保護主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也非旨在用作為確定所要求保護主題的范圍的輔助手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]通過下面說明書和所附的權(quán)利要求書并與附圖結(jié)合，將會更加充分地清楚理解本申請內(nèi)容的上述和其他特征?？梢岳斫?，這些附圖僅描繪了本申請內(nèi)容的若干實施方式，因此不應(yīng)認為是對本申請內(nèi)容范圍的限定。通過采用附圖，本申請內(nèi)容將會得到更加明確和詳細地說明。
[0028]圖1示出了根據(jù)本申請一個實施例的紅外測溫儀100的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2示出了圖1的紅外測溫儀100的光路示意圖；
[0030]圖3示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器形成的指示圖像的一種示例性圖形；
[0031]圖4示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器形成的指示圖像的一種示例性圖形；
[0032]圖5示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器形成的指示圖像的一種示例性圖形；
[0033]圖6示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器形成的指示圖像的一種示例性圖形；
[0034]圖7示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器的一種結(jié)構(gòu)；
[0035]圖8示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器的另一種結(jié)構(gòu)；
[0036]圖9示出了根據(jù)本申請另一實施例的用于測量能量區(qū)域的溫度的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0037]在下面的詳細描述中，參考了構(gòu)成其一部分的附圖。在附圖中，類似的符號通常表示類似的組成部分，除非上下文另有說明?！揪唧w實施方式】、附圖和權(quán)利要求書中描述的說明性實施方式并非旨在限定。在不偏離本申請的主題的精神或范圍的情況下，可以采用其他實施方式，并且可以做出其他變化?？梢岳斫?，可以對本文中一般性描述的、在附圖中圖解說明的本申請內(nèi)容的各個方面進行多種不同構(gòu)成的配置、替換、組合、設(shè)計，而所有這些都明確地構(gòu)成本申請內(nèi)容的一部分。
[0038]圖1和圖2示出了根據(jù)本申請一個實施例的紅外測溫儀100。其中，圖1是該紅外測溫儀100的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2則示出了該紅外測溫儀100的光路示意圖。該紅外測溫儀100用于對物體表面某一能量區(qū)域的溫度進行測量。在一些實施例中，該紅外測溫儀100是可以對高溫能量區(qū)域進行測量的紅外高溫計，其可測量的最高溫度例如可以達到1000攝氏度或更高。需要說明的是，雖然在圖1中紅外測溫儀100被表示為便攜式結(jié)構(gòu)，但是紅外測溫儀100也可以被構(gòu)造為其他任意適合的形狀和尺寸，例如被構(gòu)造為立式結(jié)構(gòu)(例如由支架支撐)。
[0039]如圖1和圖2所示，該紅外測溫儀100包括殼體101，該殼體101容納了紅外測溫儀100的各種光學和電學元件。在殼體101的前端設(shè)置有入射窗103。通過該入射窗103，來自于待測量的能量區(qū)域的光線，也即入射光束161，進入紅外測溫儀100內(nèi)部。該入射光束161可以包括由待測能量區(qū)域發(fā)射的光線，也可以包括由該待測能量區(qū)域反射的光線。通常地，由于該待測能量區(qū)域至少能夠反射環(huán)境光線，并且該待測能量區(qū)域始終能夠發(fā)射紅外線(只要其溫度高于絕對零度)，因此入射光束至少包括紅外線部分以及可見光部分。在一些情況下，當該待測能量區(qū)域溫度較高時，例如固體的溫度高于500攝氏度時，該入射光束還包括由該待測能量區(qū)域發(fā)射的可見光部分。
[0040]紅外測溫儀100包括分束器105，其用于將來自于待測能量區(qū)域的入射光束161分成紅外光束163和可見光束165 (見圖2)。在圖2中，紅外光束163是透射光束，而可見光束165是反射光束。在另一些實施例中，紅外光束163可以是反射光束，而可見光束165可以是透射光束。在一些實施例中，該分束器105可以由兩個三棱鏡構(gòu)成,其中這兩個三棱鏡在各自的基底處通過例如聚酯、環(huán)氧樹脂或聚氨酯粘合劑相互粘接。該粘合劑層構(gòu)成了分束器105的分束層。該分束層的厚度可以被設(shè)計為使得照射到其上的入射光束的一部分被反射出去，而另一部分則由于受抑全內(nèi)反射而經(jīng)由該分束層從分束器105透射出去。分束器105也可以采用其他適合對光束進行分束的光學結(jié)構(gòu)，例如沃拉斯頓棱鏡(Wollastonprism)，其能夠按一定角度透射出兩束振動方向相互垂直的偏振光。在圖2中，入射光束161中的紅外線部分經(jīng)由分束器105透射出去，形成紅外光束163 ;而入射光束161中的可見光部分則被分束器105反射,從而形成可見光束165。由于來自于待測能量區(qū)域的入射光束大體是平行光束，因而紅外光束163與可見光束165也大體是平行光束。
[0041]紅外測溫儀100還包括紅外檢測器109以及瞄準器113。其中，紅外檢測器109用于檢測紅外光束163，并根據(jù)所檢測的紅外光束生成表示待測能量區(qū)域的溫度的信號。紅外檢測器109能夠測量待測能量區(qū)域產(chǎn)生的紅外輻射(即紅外光束163)的能量分布，并通過計算和處理電路(圖中未示出)而將所測得的紅外輻射能量分布轉(zhuǎn)換為反映待測能量區(qū)域的溫度的信號。該信號可以進一步通過紅外測溫儀100的顯示器117顯示出來，從而供操作人員觀察測量結(jié)果。在一些例子中，紅外檢測器109可以是紅外成像陣列，其能夠根據(jù)紅外光束中來自于待測能量區(qū)域不同位置的紅外光線而將該待測能量區(qū)域的溫度分布成像為一圖像信號。操作人員還可以通過輸入按鈕119來控制計算和處理電路對測量結(jié)果進行進一步的分析和處理。在一些實施例中，紅外測溫儀100包括耦接在分束器105與紅外檢測器109之間的紅外聚焦鏡組107，該紅外聚焦鏡組107用于將紅外光束163聚焦到紅外檢測器109。例如，紅外聚焦鏡組107可以包括一個或多個凸透鏡、凹面鏡或其組合，或者任意其他適合的透鏡或反射鏡組合。紅外檢測器109的檢測面基本位于該紅外聚焦鏡組107的焦點處。在一些實施例中，紅外測溫儀100也可以不采用用于聚焦紅外光束163的紅外聚焦鏡組，也即紅外光束163可以被直接照射到紅外檢測器109上。
[0042]瞄準器113具有光學模組(圖中未示出)，該光學模組用于生成反射的指示圖像，并且透射可見光束165以在觀察窗115處生成目標圖像。該瞄準器113將反射的指示圖像重疊在觀察窗115處的目標圖像上，以將紅外檢測器109對準待測能量區(qū)域。其中，在此所述的“對準”是指由待測能量區(qū)域發(fā)出的紅外線能夠至少大部分地照射到紅外檢測器109上，并為紅外檢測器109接收。在一些實施例中，將待測能量區(qū)域?qū)始t外檢測器109是指待測能量區(qū)域發(fā)出的紅外線的至少50 %、60 %、70、80 %、90 %、95 %或99 %的能量能夠被紅外檢測器109接收。在此所述的“反射的指示圖像”是指指示圖像是通過反射面反射的光線所形成的。在圖1和2所示的實施例中，紅外測溫儀100包括平面鏡111，該平面鏡111耦接在分束器105與瞄準器113之間，并且用于將可見光束165反射到瞄準器113。優(yōu)選地，分束器105可以具有與平面鏡111平行的分束層，從而使得經(jīng)過分束層、平面鏡111兩次反射的可見光束165能夠與入射光束161的傳播方向保持一致。而經(jīng)由分束器105透射的紅外光束163與入射光束161的傳播方向也保持一致,因而紅外光束163與可見光束165的傳播方向基本相同。
[0043]瞄準器113采用通常用于槍械射擊瞄準的內(nèi)紅點瞄準器結(jié)構(gòu)。該內(nèi)紅點瞄準器可以通過提供虛擬斑形式的指示圖像來使得操作人員瞄準目標物。虛擬斑形式的指示圖像是由反射光線所形成的，而該反射形成的指示圖像能夠模擬光線的透射。換言之，瞄準器113產(chǎn)生的指示圖像能夠模擬從待測能量區(qū)域的位置傳播過來的光線形成的類似形狀和大小的圖像，從而操作人員可以借助于觀察窗115處可見光束165形成的目標圖像與該指示圖像之間的重疊來達到瞄準遠處待測能量區(qū)域的效果。
[0044]為了形成指示圖像并且將該指示圖像投射到觀察窗115處，在一些實施例中，瞄準器113包括用于發(fā)射參考光束的光源。光源的像可以被光學模組成像為指示圖像。光源可以包括例如至少一個發(fā)光二極管或激光二極管，例如紅光二極管、綠光二極管、藍光二極管或其他顏色的發(fā)光或激光二極管。在一些例子中，光源也可以包括前述各種顏色二極管的組合，從而可以通過開關(guān)其中的部分二極管的方式來使得由光源發(fā)射的參考光束的顏色可調(diào)。優(yōu)選地，光源發(fā)射的參考光束的光強也可以調(diào)節(jié)，例如通過調(diào)節(jié)發(fā)光二極管或激光二極管的功率。這樣，當可見光束的光強較高時，可以相應(yīng)地調(diào)高參考光束的光強來提高參考光束相對于可見光束的光強比，從而便于操作人員辨別指示圖像與由可見光束形成的目標圖像。瞄準器113的示例性結(jié)構(gòu)將在下文中結(jié)合圖7和圖8進行詳述。
[0045]在一些實施例中，瞄準器113還可以包括用于調(diào)節(jié)參考光束形狀的分劃板。由光源發(fā)出的參考光束的橫截面通常呈圓形或橢圓形，而分劃板可以對該參考光束的形狀進行調(diào)節(jié)，以使得投射到觀察窗115上的指示圖像具有預定的形狀和大小。該分劃板例如可以是放置于光源前方的具有特定透光區(qū)域的不透光擋板。該不透光擋板可以遮擋參考光束的大部分光線，而僅允許照射到特定透光區(qū)域的光線能夠穿過其而繼續(xù)傳播。這樣，參考光束的形狀被分劃板改變，從而使得透射到觀察窗115上的指示圖像具有與分劃板上的特定透光區(qū)域相同的形狀。在一些實施例中，分劃板具有中心開孔和/或位于該中心開孔周圍的環(huán)形開孔。相應(yīng)地，指示圖像具有中心圖形和/或位于該中心圖形周圍的環(huán)形圖形；其中，該中心圖形可以用于定位待測能量區(qū)域的中心位置，而該環(huán)形圖形則可以確定待測能量區(qū)域的范圍，也即劃定待測能量區(qū)域的邊界。在這種情況下，指示圖像是光學模組對分化板所成的像，光學模組實質(zhì)上是將分劃板上的圖形成像在觀察窗115上的光學成像系統(tǒng)?？梢岳斫猓甘緢D像的范圍與紅外檢測器109的檢測范圍相關(guān)，這將在下文中說明。
[0046]圖3至圖6示出了瞄準器形成的指示圖像的四種示例性圖形。這四個指示圖像均包括中心圖形以及環(huán)形圖形。在圖3中，中心圖形呈圓點狀，而環(huán)形圖形包括4個約1/4圓弧線。在圖4中，中心圖形呈圓點狀，而環(huán)形圖形包括12個等距離間隔開的較短弧線。在圖5中，中心圖形是十字交叉線，而環(huán)形圖形包括一圓環(huán)。在圖6中，中心圖形是具有刻度的十字交叉線，而環(huán)形圖形包括一圓環(huán)?？梢岳斫?，圖3至6所示的指示圖像圖形僅為示例。在一些例子中，中心圖形可以還可以是例如空心圈等便于瞄準的圖形。
[0047]圖7示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器的一種可采用的結(jié)構(gòu)。
[0048]如圖7所示，該瞄準器包括光源171、分劃板173以及包括析光鏡175的光學模組。該析光鏡175用于透射可見光束165到觀察窗115,并且將光源171發(fā)射的參考光束反射到觀察窗處。例如，析光鏡175是鍍有析光膜的凹凸透鏡(negative meniscus)。析光膜是使得光部分透射、部分反射的膜層。其中，該析光鏡175具有朝向光源171的凹形反射面177，光源171被放置在凹形反射面177的焦點外，例如一倍焦距到兩倍焦距之間。該析光鏡175的中心線相對于可見光束的傳播方向略微傾斜，以避免光源171擋在可見光束的165傳播方向上。析光鏡175的另一側(cè)可以是配合凹形反射面177的凸型面，以允許可見光束165能夠從該面射入該析光鏡175，并從另一側(cè)的凹形面177射出。在一些實施例中，該凹凸透鏡的兩個曲面可以具有相同的曲率半徑(也即凹凸透鏡是等厚的)，或者具有不同的曲率半徑。換言之，析光鏡175可以會聚或擴散可見光束165，也可以不會聚或擴散可見光束165。在一些實施例中，光學模組也可以采用鍍有析光膜的球平面凹透鏡，該球平面凹透鏡的一側(cè)為凹形反射面，而另一側(cè)為平面，其中凹形反射面的一側(cè)朝向光源171和分劃板173。
[0049]由光源171發(fā)射的參考光束在經(jīng)由凹形反射面177反射后會聚，并且該被反射的參考光束與由析光鏡175透射的可見光束(其同樣為平行光束)一同投射到觀察窗115處。這樣，當觀察窗115上的指示圖像與可見光束形成的目標圖像相互重疊時，待測能量區(qū)域即與紅外檢測器對準。
[0050]在一些實施例中，光學模組可以包括輔助透鏡組(圖中未示出)，其用于會聚或擴散可見光束和/或參考光束。輔助透鏡組可以包括一個或多個凸透鏡、凹透鏡或者其他適合的透鏡，其能夠協(xié)同析光鏡175—并在觀察窗上形成目標圖像和/或指示圖像。在一些例子中，該輔助透鏡組可以被設(shè)置在析光鏡175之前，也即可見光束165依次穿過輔助透鏡組和析光鏡175。輔助透鏡組可以具有固定的焦距或者可變的焦距。由于輔助透鏡組能夠擴散或會聚可見光束，因而目標圖像的大小可以通過設(shè)置輔助透鏡組的焦距來進行調(diào)節(jié)。這樣，目標圖像相對于指示圖像的比例可以被改變。在另一些例子中，輔助透鏡組也可以被設(shè)置在析光鏡175后，也即由析光鏡175透射的可見光束以及由析光鏡175反射的參考光束可以一同被輔助透鏡組匯聚或擴散，從而使得目標圖像和指示圖像的大小一同變化。這可以提高瞄準器調(diào)節(jié)目標圖像和指示圖像的能力。
[0051]圖8示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器的另一種可采用的結(jié)構(gòu)。
[0052]如圖8所示，該瞄準器包括光源181、分劃板183以及包括凸透鏡185和光束組合器187的光學模組。凸透鏡185用于會聚參考光束以生成指示圖像，其中光源181被放置在該凸透鏡185的焦點外。光束組合器187用于透射可見光束到觀察窗，并且將參考光束形成的指示圖像反射到觀察窗。由光源181發(fā)射的參考光束在經(jīng)由凸透鏡185透射后會聚，該會聚的參考光束會被光束組合器187反射，并與由光束組合器187透射的可見光束165 (其同樣為平行光束)一同投射到觀察窗115處。這樣，當觀察窗115上的指示圖像與可見光束165形成的目標圖像相互重疊時，待測能量區(qū)域即對準紅外檢測器。光束組合器187可以采用與分束器類似的結(jié)構(gòu)(以相反的光路)，或者其他適合的光學元件。在一些實施例中，光學模組可以包括用于擴散或會聚可見光束和/或參考光束的輔助透鏡組(圖中未示出)。
[0053]可以看出，圖7的凹形反射面177以及圖8的凸透鏡185各自形成了光學成像系統(tǒng)，其可以將分劃板圖形的物成像在觀察窗上，以供操作人員觀察。這個光學成像系統(tǒng)的成像滿足凸透鏡成像規(guī)律或凹面鏡成像規(guī)律。例如，以圖7的凹形反射面177為例，當光源171和分劃板173處于凹形反射面177的I倍焦距到2倍焦距之間時，觀察窗處可以形成分劃板圖形的倒立放大實像；此時，觀察窗與凹形反射面177的距離應(yīng)大于2倍焦距。當光源171和分劃板173處于凹形反射面177的2倍焦距外時，觀察窗處可以形成分劃板圖形的倒立縮小實像；此時，觀察窗與凹形反射面177的距離應(yīng)為I倍焦距到2倍焦距之間。
[0054]對于上述實施例的紅外測溫儀100，其通過分束器將來自待測能量區(qū)域的入射光束分成了用于測量溫度的紅外光束，以及用于供操作人員瞄準的可見光束。同時，該紅外測溫儀100還提供了用于將待測能量區(qū)域?qū)始t外檢測器的瞄準器。在一些實施例中，瞄準器采用的是內(nèi)紅點瞄準器結(jié)構(gòu)，其所生成的指示圖像是重疊在紅外測溫儀100觀察窗處的待測能量區(qū)域的目標圖像上，而非以外紅點的形式直接重疊在待測能量區(qū)域的實體表面上。因此，這種紅外測溫儀100更便于操作人員確定并對準待測能量區(qū)域。
[0055]仍參考圖1和圖2，在一些實施例中，該紅外測溫儀100還可以包括光衰減器121，其耦接在分束器105與瞄準器113之間，用于降低可見光束165的光強。該光衰減器121例如是具有較低透射率的平面透鏡。當入射光束161的光強較高時，特別是其可見光部分的光強較高時，應(yīng)用光衰減器121可以有效地避免操作人員的眼睛在觀察時受傷，并且還可以提高指示圖像相對于可見光束165形成的目標圖像的光強比，從而使得操作人員能夠辨別這兩者。優(yōu)選地，該光衰減器121可以被可選擇地耦接在分束器105與瞄準器113之間。換言之，當可見光束165的光強較高時，操作人員可以控制該光衰減器121放置在分束器105與貓準器113之間，以降低可見光束165的光強；而當可見光束165的光強較低時，操作人員還可以控制該光衰減器121從可見光束165的傳播路徑中移開，以避免其衰減可見光束165。在一些實施例中，光衰減器121可以包括一組光衰減器子組件，其中每個子組件對可見光束165光強的衰減程度不同，并且操作人員可以從中選擇任意一個或多個子組件耦接在分束器105與瞄準器113之間，從而根據(jù)可見光束165光強的不同來選擇光強衰減比率。
[0056]正如前述，指示圖像的范圍與紅外檢測器109的檢測范圍相關(guān)。仍參考圖2，在一些實施例中，紅外檢測器109具有第一視場191，該第一視場191小于或等于指示圖像的第二視場193，例如第一視場191的視場角小于或等于第二視場193的視場角。在這種情況下，當能量區(qū)域的目標圖像與指示圖像重疊在觀察窗115上時，指示圖像覆蓋的能量區(qū)域的范圍應(yīng)當小于或等于紅外檢測器109所采集的能量區(qū)域的范圍。也就是說，指示圖像劃定的區(qū)域始終落入紅外檢測器109檢測的區(qū)域內(nèi)，因而測量結(jié)果更準確。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，紅外檢測器109的第一視場191的范圍取決于紅外檢測器109感光面的尺寸、紅外聚焦鏡組107的焦距、入射窗101的尺寸、以及紅外光束163傳播路徑上其他光學元件的參數(shù)。相應(yīng)地，指示圖像的第二視場193的范圍取決于分劃板的尺寸、瞄準器113的透鏡組件中用于聚焦的面或透鏡的焦距、入射窗101的尺寸、以及可見光束165傳播路徑上其他光學元件的參數(shù)。
[0057]圖9示出了根據(jù)本申請另一實施例的用于測量能量區(qū)域的溫度的方法200。該方法200可以通過檢測待測能量區(qū)域發(fā)出的紅外線來確定該待測能量區(qū)域的溫度。例如，可以利用具有紅外檢測器的紅外測溫儀來執(zhí)行該測溫方法200。
[0058]如圖9所示，該方法200始于步驟S202，來自于待測能量區(qū)域的入射光束被分成紅外光束和可見光束。例如，入射光束通?？梢园梢姽獠糠趾图t外線部分，可以通過分束器來將這兩個部分分成沿不同方向和/或路徑傳播的紅外光束和可見光束。
[0059]接著，在步驟S204，生成反射的指示圖像。該指示圖像用于與可見光束形成的目標圖像進行對準。在一些實施例中，步驟S204進一步包括:提供用于發(fā)射參考光束的光源；以及會聚地反射參考光束，以在觀察窗生成反射的指示圖像。在一些實施例中，可以調(diào)整參考光束的形狀，以使得指示圖像具有各種適于瞄準的形狀，例如十字交叉線的形狀，等等。例如，可以通過在光源前方設(shè)置分劃板來調(diào)整參考光束的形狀。在一些實施例中，指示圖像具有中心圖形和位于所述中心圖形周圍的環(huán)形圖形。其中，該中心圖形可以用于定位待測能量區(qū)域的中心位置，而該環(huán)形圖形則可以確定被待測能量區(qū)域的范圍，也即劃定待測能量區(qū)域的邊界。在一些實施例中，在步驟S204中，還可以調(diào)節(jié)參考光束的顏色，從而根據(jù)可見光束顏色分布的不同來選擇色調(diào)對比明顯的參考光束，從而更便于觀察。
[0060]之后，在步驟S206，透射可見光束以在觀察窗處生成目標圖像。接著，在步驟S208，將反射的分化板圖像重疊在觀察窗處的目標圖像上，從而對準該待測能量區(qū)域與用于檢測該紅外光束的紅外檢測器。
[0061]該反射的指示圖像例如是由內(nèi)紅點瞄準器形成的虛擬斑。該虛擬斑形式的指示圖像通常是由反射光線所形成的，而該反射形成的指示圖像能夠模擬光線的透射。換言之，產(chǎn)生的指示圖像能夠模擬從待測能量區(qū)域傳播過來的光線形成的類似形狀的圖像，從而操作人員可以借助于觀察窗處可見光束形成的目標圖像與該指示圖像之間的重疊來達到瞄準遠處待測能量區(qū)域的效果。在一些實施例中，在步驟S206之前，該方法200還包括:降低可見光束的光強。當入射光束的光強較高時，特別是其可見光部分的光強較高時，預先衰減可見光束的光強可以有效地避免操作人員的眼睛在觀察時受傷，并且還可以提高指示圖像相對于可見光束形成的圖像的光強比，從而使得操作人員能夠更易于辨別指示圖像和目標圖像。
[0062]再然后，在步驟S210，紅外光束被紅外檢測器所檢測，從而根據(jù)所檢測的紅外光束生成表示待測能量區(qū)域的溫度的信號。紅外檢測器能夠測量待測能量區(qū)域產(chǎn)生的紅外輻射(即紅外光束)的能量分布，并通過例如集成的或者耦接的處理器來將所測得的紅外輻射能量分布轉(zhuǎn)換為反映待測能量區(qū)域的溫度的信號。該信號可以進一步顯示出來，從而供操作人員觀察測量結(jié)果。
[0063]可以看出，對于上述的溫度測量方法200，其通過例如分束器等光學元件將來自待測能量區(qū)域的入射光束分成了用于測量溫度的紅外光束，以及用于供操作人員瞄準的可見光束。同時，不同于傳統(tǒng)的外紅點瞄準方法，該方法200可以通過將指示圖像與可見光束形成的目標圖像在觀察窗處的重疊來將待測能量區(qū)域?qū)始t外檢測器。因此，本申請的用于測量能量區(qū)域的溫度的方法更便于操作人員對準待測能量區(qū)域。
[0064]應(yīng)當注意，盡管在上文詳細描述中提及了本申請實施例的紅外測溫儀的若干模塊或子模塊，但是這種劃分僅僅是示例性的而非強制性的。實際上，根據(jù)本申請的實施例，上文描述的兩個或更多模塊的特征和功能可以在一個模塊中具體化。反之，上文描述的一個模塊的特征和功能可以進一步劃分為由多個模塊來具體化。
[0065]此外，盡管在附圖中以特定順序描述了本申請方法的操作，但是，這并非要求或者暗示必須按照該特定順序來執(zhí)行這些操作，或是必須執(zhí)行全部所示的操作才能實現(xiàn)期望的結(jié)果。相反，流程圖中描繪的步驟可以改變執(zhí)行順序。附加地或備選地，可以省略某些步驟，將多個步驟合并為一個步驟執(zhí)行，和/或?qū)⒁粋€步驟分解為多個步驟執(zhí)行。
[0066]本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員可以通過研究說明書、公開的內(nèi)容及附圖和所附的權(quán)利要求書，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在權(quán)利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，并且措辭“一”、“一個”不排除復數(shù)。在發(fā)明的實際應(yīng)用中，一個零件可以執(zhí)行權(quán)利要求中所引用的多個技術(shù)特征的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)理解為對范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外測溫儀，其特征在于，包括: 分束器，用于將來自于待測能量區(qū)域的入射光束分成紅外光束和可見光束； 紅外檢測器，用于檢測所述紅外光束并根據(jù)所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區(qū)域的溫度的信號；以及 瞄準器，其具有光學模組，所述光學模組用于生成反射的指示圖像，并且透射所述可見光束以在觀察窗處生成目標圖像，其中所述瞄準器用于將所述反射的指示圖像重疊在所述觀察窗處的目標圖像上，以將所述紅外檢測器對準所述待測能量區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外測溫儀，其特征在于，還包括: 光衰減器，其耦接在所述分束器與所述瞄準器之間，用于降低所述可見光束的光強。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述瞄準器還包括: 光源，用于發(fā)射參考光束； 其中所述光學模組包括反射面，所述反射面用于將所述參考光束反射到所述觀察窗，以在所述觀察窗處形成所述反射的指示圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述光學模組包括: 具有凹形反射面的析 光鏡，用于透射所述可見光束到所述觀察窗，并用于將所述參考光束反射到所述觀察窗；其中，所述反射面是所述析光鏡的所述凹形反射面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述光學模組包括: 凸透鏡，用于會聚所述參考光束以生成所述指示圖像； 光束組合器，用于透射所述可見光束到所述觀察窗，并且將所述參考光束形成的所述指示圖像反射到所述觀察窗，其中，所述反射面位于所述光束組合器朝向所述觀察窗的一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述光學模組還包括輔助透鏡組，其用于會聚或擴散所述可見光束和/或參考光束。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述光源包括至少一個發(fā)光二極管或者激光二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述至少一個發(fā)光二極管或激光二極管包括紅光二極管、綠光二極管、藍光二極管或其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述瞄準器還包括: 分劃板，用于調(diào)節(jié)所述參考光束的形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述分劃板具有中心開孔和/或位于所述中心開孔周圍的環(huán)形開孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外測溫儀，其特征在于，還包括: 紅外聚焦鏡組，其用于將所述紅外光束聚焦到所述紅外檢測器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外測溫儀，其特征在于，還包括: 平面鏡，其耦接在所述分束器與所述瞄準器之間，用于將所述可見光束反射到所述瞄準器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述分束器具有與所述平面鏡平行的分束層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外測溫儀，其特征在于，所述紅外檢測器具有第一視場，所述指示圖像具有第二視場，其中所述第一視場的視場范圍小于或等于所述第二視場的視場范圍。
15.一種用于測量能量區(qū)域的溫度的方法，其特征在于，包括: 將來自于待測能量區(qū)域的入射光束分成紅外光束和可見光束； 生成反射的指示圖像； 透射所述可見光束以在觀察窗處生成目標圖像； 將所述反射的指示圖像重疊在所述觀察窗處的目標圖像上，從而將用于檢測所述紅外光束的紅外檢測器對準所述待測能量區(qū)域；以及 用所述紅外檢測器檢測所述紅外光束，并根據(jù)所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區(qū)域的溫度的信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在所述透射步驟之前，所述方法還包括: 降低所述可見光束的光強。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述生成指示圖像的步驟包括: 提供用于發(fā)射參考光束的光源；以及 會聚地反射所述參考光束，以在所述觀察窗生成所述反射的指示圖像。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括調(diào)節(jié)所述參考光束的顏色。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述生成指示圖像的步驟還包括: 調(diào)整所述參考光束的形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述指示圖像具有中心圖形和/或位于所述中心圖形周圍的環(huán)形圖形。
【文檔編號】G01J5/02GK103776548SQ201410050790
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月14日
【發(fā)明者】許祖茂, 呂開元 申請人:丹納赫（上海）工業(yè)儀器技術(shù)研發(fā)有限公司