CN114026398A - 热辐射检测设备和系统以及包括这种设备或系统的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热辐射检测设备(1)，所述设备包括传感器阵列(2)，所述传感器阵列(2)包括多个传感器元件(3)和具有辐射输入端(5)和辐射输出端(6)的光波导(4)。所述辐射输入端(5)用于接收热辐射，所述辐射输出端(6)与所述传感器阵列(2)可操作地连接。所述光波导(4)用于将接收到的所述热辐射作为多个同时热辐射信号进行传输。通过将所述传感器阵列与所述辐射输入端解耦，较大的传感器阵列可以独立于辐射输入位置，置于电子功能的最佳位置和机械约束的最佳位置。

Description

热辐射检测设备和系统以及包括这种设备或系统的电子设备

技术领域

本公开涉及包括光波导的热辐射检测设备、包括这种热辐射检测设备的热辐射检测系统以及包括所述热辐射检测设备和所述热辐射检测系统之一的电子设备。

背景技术

用于非接触式温度测量的电子设备，如数字温度计，通常使用热电堆中红外温度传感器形式的热辐射敏感设备。这种红外传感器通常封装在TO-can或表面贴装技术(surface-mount technology，SMT)封装中，这样更环保且易于处理。半导体芯片，即设备的热传感器元件，通过顶部的窗口密封在所述封装中。这涉及几个问题，至少就小型和/或多功能电子设备(如智能手机或智能手表)中的使用而言。

一个问题是，热传感器元件必须设置在电子设备表面的开口附近，并朝向应该测量温度的区域。这将限制用于集成热传感器元件的机械设计以及电子设备的外观。特别地，智能手机等电子设备的外表面包括大尺寸显示器和天线等的其它部件，或者喜欢“全面屏”或“无边框/无刘海手机”等的美学设计。因此，这种热传感器元件和其它相关元件所需的空间以及设备表面的开口的尺寸应被最小化。然而，红外线传感器很难(即使不是不可能)使其足够小。例如，当前SMT封装的尺寸至少为几毫米。

此外，温度测量区域通常位于传感器设备的前面。对于许多手持应用，这可以在设备的机械设计中考虑。然而，当将传感器设备集成到其它小型产品，例如智能手机中时，这可能是一个主要的缺点。这种小型设备的限制可能要求将热传感器元件放置在电子设备内的热源的旁边，这可能会对温度测量造成干扰。

另一个问题是，如果通过电子设备中的开口直接放置传感器元件，传感器设备的性能以及非接触温度测量的行为容易受外部环境影响。

发明内容

目的是提供一种改进的热辐射检测设备。上述和其它目的通过独立权利要求的特征来实现。进一步的实施形式在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。

第一方面，提供了一种热辐射检测设备，所述设备包括传感器阵列，所述传感器阵列包括多个传感器元件和具有辐射输入端和辐射输出端的光波导，所述辐射输入端用于接收热辐射，所述辐射输出端可操作地连接到所述传感器阵列，其中，所述光波导用于将接收到的所述热辐射作为多个同时的热辐射信号传输。

通过这样的方案，所述传感器阵列的位置与辐射输入位置解耦。光波导用于将输入的热辐射传输至传感器阵列。这使得传感器阵列能够放置在电子功能的最佳位置和机械约束的最佳位置，与辐射输入位置无关。此外，所述传感器阵列的尺寸不再是显著的限制因素，因为所述传感器阵列可以放置在电子设备中任何合适的位置。同时，通过传输多个同时的热辐射信号，提高了温度分布的空间分辨率，提高了总信号的强度。

在第一方面的一种可能的实现方式中，只要所述光波导接收到所述热辐射，所述多个热辐射信号持续传输至所述传感器阵列，使得以连续模式进行热辐射检测。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述设备用于检测具有红外光谱和/或可见光谱内的波长的热辐射，从而允许各种可能的用途。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述波长在中红外光谱中，优选在5-14μm之间，允许使用最常见的温度检测模式。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述传感器阵列的表面积至少与所述光波导的对应面积相同。这使得所述传感器阵列具有必要的尺寸，同时使得较小的光波导例如通过电子设备中的小间隙延伸。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，每个传感器元件为半导体元件，优选地，为热电堆温度传感器或辐射式测量计中的一种。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述光波导的光损耗小于20dB/cm，优选小于10dB/cm，有利于尽可能正确地温度测量。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述光波导包括至少一捆单芯光纤，使得非常小的单个光纤尽可能在电子设备中延伸。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述光波导包括至少一根多芯光纤，使得光波导具有小直径。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多芯光纤的每个芯被包层包围，所述芯具有比所述包层更高的折射率。这有利于辐射信号的有效传输。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述光波导包括AgBr、AgBrCl、Si、Ge、ZnSe或ZnS中的至少一种。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多芯光纤包括多个AgBr芯和AgBrCl包层。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多芯光纤的每个芯或者所述一捆单芯光纤的每个芯可操作地连接到一个传感器元件，每个芯用于向一个传感器元件传输一个热辐射信号。同时，通过向多个传感器单元传输多个信号，提高了温度分布的空间分辨率，提高了总信号的强度。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述多芯光纤的芯设置在所述辐射输入端上的第一二维图案和所述辐射输出端上的第二二维图案内，使得可以以各种方式执行所述光波导和所述传感器阵列之间的接口。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述辐射输出端设置成至少部分包围所述传感器阵列，所述第二二维图案被划分为第一子图案和第二子图案，所述第一子图案叠加在所述传感器阵列的第一侧，所述第二子图案叠加在所述传感器阵列的相对的第二侧。这样可以降低所述设备的高度，并使其配置更加灵活，因为传感器元件可以堆叠配置等方式设置。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一二维图案和/或所述第二二维图案为矩形和圆形芯图案之一，和/或所述第一子图案和所述第二子图案为二维矩形或圆形芯图案和一维线性图案之一。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述光波导的所述辐射输入端和所述辐射输出端中的至少一个包括反射表面，所述反射表面的主平面以第一角度延伸至所述光波导的主热辐射路径，所述反射表面用于在所述光波导内将所述热辐射路径折弯第二角度。通过折弯所述热辐射路径，所述设备可以被制成具有非常小的高度和/或其它部件可以操控。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一角度为35°-55°，优选45°，和/或所述第二角度为80°-100°，优选90°。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射表面包括抛光表面和反射涂层中的至少一种。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述反射涂层为金属涂层，例如金和铝。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述热辐射检测设备还包括设置在所述光波导的所述辐射输入端和/或所述辐射输出端附近的至少一个透镜装置，以使所述热辐射通过输入透镜装置从所述辐射输入端传输至所述光波导，和/或所述热辐射信号通过输出透镜装置从所述辐射输出端传输至所述传感器阵列。这改善了所述辐射输入端以及所述辐射输出端和所述传感器阵列之间的成像和光收集。

在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述透镜装置包括至少一个透镜，所述透镜优选包括ZnSe、Ge、Si、AgBr、AgCl或其合金中的至少一种。这使得所述透镜装置能够适应具体的需求，并允许红外线通过所述透镜装置传输。

第二方面，提供了一种热辐射检测系统，包括上述热辐射检测设备、摄像头和/或引导光源，所述摄像头和/或引导光源设置成使得所述摄像头的光轴和/或所述引导光源的光轴位于距离所述热辐射检测设备的所述光波导的中心轴的最大距离2.5cm位置处。通过使所述摄像头、和/或所述引导光源以及所述热辐射检测设备的所述辐射输入端处于非常接近的位置，它们之间的几何位移很小，使得所述摄像头和/或所述引导光源能够在摄像头视图模式下准确地引导到实际热测量区域。这使得用户可以很容易地选择正确的温度测量区域，例如通过选择前额或避免阻塞元件，例如头发或附件。

在第二方面的一种可能的实现方式中，所述引导光源用于发射红外线或可见光，使得测量行为根据需要不被检测或被检测。

在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述摄像头和/或所述引导光源用于向所述系统的用户提供方向引导，使得所述光波导能够定向以接收仅从辐射源上的预定区域发射的热辐射，从而防止不必要或不正确的辐射影响所述测量。

第三方面，提供了一种电子设备，包括外壳和上述热辐射检测设备或上述热辐射检测系统，所述外壳包围所述热辐射检测设备或所述热辐射检测系统，所述外壳设置有至少一个热透明开口，所述透明开口对所述外壳外部的辐射源发射的热辐射透明；其中，对热辐射透明是指允许热辐射通过所述透明开口而不会对所述热辐射造成实质性破坏或不会对热辐射能量造成实质性损失，所述透明开口与所述热辐射检测设备或所述热辐射检测系统的所述光波导的所述辐射输入端对齐，使得所述热辐射通过所述透明开口传输至所述光波导。通过将所述传感器阵列与辐射输入位置解耦，所述传感器阵列可以放置在电子功能的最佳位置和机械约束的最佳位置，独立于所述辐射输入位置。此外，所述传感器阵列的尺寸不再是显著的限制因素，因为所述传感器阵列可以放置在电子设备内的任何合适位置。此外，通过将所述透明开口与所述辐射输入端对齐，所述外壳中可能只需要非常小的透明开口。

在第三方面的一种可能的实现方式中，所述电子设备为便携式电子设备，例如智能手机、智能手表或智能手环，便于在需要时进行温度测量。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，所述透明开口由盖密封，所述盖包括Si、Ge和ZnSe中的至少一种。这为所述外壳提供了整体外观，保护所述设备内部不受灰尘和污物的污染。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，所述盖对中红外光谱中的波长是透明的，优选地，在5-14μm之间的波长。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，所述透明开口设置在所述外壳的又一个开口内，例如容纳所述摄像头、麦克风、光传感器和/或IR发射器的又一个开口，所述又一个开口具有至少与所述透明开口相同的面积尺寸。这样的解决方案不需要额外的开口，而是为了额外的温度检测目的而使用现有的开口。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，所述透明开口包括透明子开口阵列，所述透明子开口设置在所述光波导的所述辐射输入端的所述第一二维图案对应的二维图案内，使得所述热辐射通过所述透明子开口传输至所述光波导。这使得每个子开口尽可能小，其尺寸仅与所述光波导的各个芯的尺寸相对应。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，每个透明子开口通过所述外壳逐渐变细，使得所述透明子开口的最小尺寸设置得最靠近所述光波导的所述辐射输入端，使得所述光波导在尽可能大的视场角下接收热辐射，同时保持所述光波导的直径尽可能小。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，每个透明子开口具有高度和直径，所述透明子开口逐渐变细，使得所述热辐射由所述光波导以最大视场角＝2×arctan D/2H接收。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，所述电子设备还包括印刷电路板，所述热辐射检测设备或所述热辐射检测系统的所述传感器阵列设置在所述印刷电路板上。这使得所述传感器阵列能够放置在电子功能的最佳位置和到机械约束的最佳位置，独立于所述辐射输入位置。

在第三方面的另一种可能的实现方式中，所述光波导延伸，使得所述光波导的热辐射路径与所述印刷电路板的主平面平行，使得所述热辐射检测设备的高度非常低，从而对所述电子设备的其它部件的设置影响极小。

通过以下描述的实施例，这些和其它方面将显而易见。

附图说明

在本公开的以下详细部分中，将结合附图所示的示例性实施例更详细地解释各方面、实施例和实现方式。

图1至图3示出了根据本发明实施例的电子设备。

图4示出了根据本发明实施例的两个光波导的截面。

图5至图7示出了根据本发明实施例的电子设备以及热辐射检测设备的放置。

图8为根据本发明实施例的一种热辐射检测设备的示意图。

图9和图10示出了根据本发明实施例的热辐射检测设备的示意图。

图11a和图11b示出了根据本发明实施例的电子设备的局部剖面图。

图12a和图12b示出了根据本发明另一实施例的电子设备的局部剖面图。

图13a至图13c示出了根据本发明实施例的热辐射检测系统的示意图。

具体实施方式

图1至图3示出了热辐射检测设备1的实施例的示意图。图13a至图13c示出了包括热辐射检测设备1的热辐射检测系统10的示意图。优选地，设备1和/或系统10设置在电子设备14中，优选地，设置在智能手机、智能手表、智能手环或笔记本电脑等便携式电子设备14中。然而，设备1和/或系统10可以放置在任何合适的电子设备14中，例如电子温度计或任何其它电子扫描设备。

热辐射检测设备1至少包括传感器阵列2和光波导4。

传感器阵列2包括多个传感器元件3。传感器元件3以适合特定电子设备的任何方式设置，然而，堆叠设置的一个示例如图8所示。传感器元件3可以位于一个平面(未示出)或几个堆叠平面中，如图8所示。

传感器元件3可以是半导体元件，例如热电堆温度传感器或辐射式测量计。

优选地，传感器阵列2设置在电子设备14的印刷电路板19上，如图9所示。通过这样的设置，光波导4可以延伸，使得光波导4的热辐射路径与印刷电路板19的主平面平行，也如图9所示，使得热辐射检测设备1具有非常低的高度，因为光波导4不需要垂直于印刷电路板19和/或电子设备14的外壳15延伸。因此，热辐射检测设备1对电子设备14的其它部件的设置影响很小。

光波导4具有辐射输入端5和辐射输出端6，使得光波导4的热辐射路径从辐射输入端5延伸至辐射输出端6。辐射输入端5用于接收辐射源发射的热辐射，即，人体或其它设备等外部物体。辐射输出端6可操作地与传感器阵列2的至少一个或多个或全部传感器元件3连接。辐射输入端5和辐射输出端6可以包括其它组件，但是，辐射输入端5和辐射输出端6优选地包括穿过光波导4的相对的、开放的辐射透明的小面。

辐射输出端6的小面可以放在上面，与传感器阵列2的传感器元件3对齐，使得光波导4的每个芯7与一个传感器元件3对齐。这称为对接耦合。对接耦合可以通过机械夹具，例如用于将辐射输出端6相对于传感器阵列2放置和保持在正确位置的圆柱形或V形机械元件来实现。相应地，类似的机械夹具可用于将辐射输入端5相对于电子设备14的外壳15中的热透明开口16等放置和保持在正确的位置。

光波导4用于将在辐射输入端5接收的热辐射作为多个同时热辐射信号沿热辐射路径传输至辐射输出端6。向每个传感器元件3传输一个热辐射信号。当光波导4接收到热辐射时，所述多个热辐射信号持续传输至传感器阵列2。这允许连续进行热辐射检测。优选地，电子设备14包括用于开启和关闭(未示出)热辐射检测的激活装置。

热辐射检测设备1用于检测具有红外光谱和/或可见光谱内的波长的热辐射。红外波长优选在中红外光谱中，更优选在5-14μm之间。为了保证只检测到所需的辐射，热辐射检测设备1可以设置有辐射隔离装置(未示出)，用于将传感器阵列2与环境隔离，并确保仅光波导4的辐射传输到传感器阵列2。所述辐射隔离装置优选地设置在传感器阵列2或光波导4上/周围，可以包括金属元件和/或涂层。

光波导4可包括至少一捆单芯光纤，即多根单芯光纤，或至少一根多芯光纤。每个单芯光纤仅包括一个芯7(未示出)，每个多芯光纤包括多个芯7，如图4所示。每个芯7优选被包层包围，且具有比包层更高的折射率。

光波导4可包括任何合适的材料，优选地，AgBr、AgBrCl、Si、Ge、ZnSe或ZnS中的至少一种。优选地，光波导4包括使得其光损耗小于20dB/cm，优选地小于10dB/cm的材料。

光波导4的多芯光纤包括至少两个芯7，例如4个或7个芯7，如图4所示，或者例如19个芯7。芯7可以以包括4×4芯、6×6芯、8×8芯、16×16芯或甚至更多芯7的模式排列。光波导4的多芯光纤可以包括数百或数千个芯7，芯7的数量可以适应特定需要和要使用热辐射检测设备1的特定电子设备14。在一个实施例中，光波导4的多芯光纤包括由AgBr制成的多个芯7和由AgBrCl制成的周围包层。

光波导4的多芯光纤的每个芯7或光波导4的所述一捆单芯光纤的每个芯7可操作地与一个传感器元件3连接，每个芯7用于向一个传感器元件3传输一个热辐射信号。换言之，辐射输出端6可以叠加在传感器阵列2上，使得每个芯7与一个传感器元件7对齐，如图8所示。

在一个实施例中，传感器阵列2的表面积A1至少与光波导4的对应面积A2相同，即光波导4的主截面积A2优选小于传感器阵列2的表面积A1。在这样的实施例中，光波导4的辐射输出端6分成较小的端部部分，使得辐射输出端6能够叠加在传感器阵列2的较大面积A1上。例如，光波导4可以包括几根单芯光纤或几根多芯光纤，每根光纤引出到传感器阵列2的表面积A1的不同部分。再例如，光波导4可以包括一根多芯光纤，所述光纤的每个芯7引出到传感器阵列2的表面积A1的不同部分。

光波导4的多芯光纤的芯7可以设置在辐射输入端5的第一二维图案P1和辐射输出端6的第二二维图案P2中，使得光波导4与传感器阵列2之间的接口可以通过各种方式执行，而不受光波导4的横截面和芯配置影响。例如，如图4和8所示，第一二维图案P1可以在两个维度上排列，而第二二维图案P2可以扁平化为一维线性图案，例如，使得光波导4的辐射输出端6插入高度非常有限的区域。相反的配置也是可能的。第一二维图案P1和/或第二二维图案P2可以具有适合的任何形状，例如矩形芯图案(包括一维线性图案)或圆形芯图案，两个实施例均如图4所示。例如，第一二维图案P1可以为4×4芯图案，第二二维图案P2可以为1×16芯图案，或者如图8所示的2×8芯图案。

光波导4的辐射输出端6可以设置成至少部分包围传感器阵列2，如图8所示。此时，第二二维图案P2可以分为第一子图案P2a和第二子图案P2b，第一子图案P2a叠加在传感器阵列2的第一侧，连接第一组传感器元件3，第二子图案P2b可以叠加在传感器阵列2的相对的第二侧，连接第二组传感器元件3。

第一子图案P2a和第二子图案P2b可以是如图10所示的二维矩形芯图案(未示出)或二维圆形芯图案，也可以是如图8所示的一维线性图案。例如，第一子图案P2a和第二子图案P2b均可以为1×8芯图案，如图8所示。

在另一实施例中，光波导4的辐射输入端5和辐射输出端6中的至少一个包括反射表面8。反射表面8设置成使得反射表面8的主平面以第一角度α延伸至光波导4的主热辐射路径。因此，反射表面8用于在光波导4内将热辐射路径折弯或改变第二角度β。第一角度α可以在35°-55°之间，优选45°，如图9和10所示。第二角度β可以在80°-100°之间，优选90°，也如图9和10所示。反射表面8可包括抛光表面和/或反射涂层中的至少一种。反射涂层可以是金或铝等金属涂层。图9示出了与光波导4的辐射输出端6相邻设置的反射表面8。图10示出了与光波导4的辐射输入端5相邻设置的反射表面8。

热辐射检测设备1还可以包括设置在光波导4的辐射输入端5和/或辐射输出端6附近的至少一个透镜装置9。透镜装置9可以包括一个或几个光学透镜。透镜装置9的透镜可以包括一种或多种材料，例如ZnSe、Ge、Si、AgBr、AgCl或其合金。

热辐射可以通过输入透镜装置9a在辐射输入端5向光波导4传输，如图2、8和10所示。可以使用圆柱形或V形机械元件等机械夹具将光波导4的辐射输入端5相对于输入透镜装置9a放置和保持在合适的位置。

热辐射信号可以通过输出透镜装置9b在辐射输出端6处传输至传感器阵列2，如图2和9所示。换言之，辐射输出端6通过输出透镜装置9b与传感器阵列2的传感器元件3操作连接。辐射输出端6的小面可以置于上方，并与输出透镜装置9b对齐，输出透镜装置9b用于将辐射信号导向传感器元件3。可以使用圆柱形或V形机械元件等机械夹具将光波导4的辐射输出端6相对于输出透镜装置9b放置和保持在合适的位置。

设备1可包括输入透镜装置9a和输出透镜装置9b，如图2所示。

本发明还涉及一种热辐射检测系统10，包括上述热辐射检测设备1以及至少一个摄像头11和/或引导光源12，参见图13a。摄像头11和/或引导光源12设置成使得摄像头11的光轴O1和/或引导光源12的光轴O2位于距离热辐射检测设备1的光波导4的中心轴CA的最大距离d1，例如2.5cm或1.7cm，如图13b所示。摄像头11可以为前置摄像头或后置摄像头。引导光源12可用于发射红外线或可见光。

摄像头11和/或引导光源12用于通过更准确地指示热测量区域的位置来引导电子设备的用户。响应于所示的指导，用户可以在特定方向上定向光波导4，使得光波导4仅接收从辐射源13上的预定区域A3发射的热辐射。

摄像头11可用于捕获辐射源13的图像，随后电子设备14的显示器显示指示检测区域A3的图像，如图13c所示。因此，电子设备14的用户可以移动和调整该设备，使得光波导4以及因此的热测量针对期望测量的区域，例如人的前额。该导向模式可用于正面热测量和背面热测量。引导光源12最好仅在背面热测量期间使用，因为如图13a所示，引导光源12发射的光指向辐射源13上检测到辐射的区域。

电子设备14包括外壳15和上述的热辐射检测设备1或者热辐射检测系统10。外壳15包围热辐射检测设备1或热辐射检测系统10。

外壳15设置有至少一个热透明开口16，透明开口16对辐射源13发射的热辐射透明，辐射源13位于外壳15外部，因此位于电子设备14外部。透明开口16例如可以具有小至约1mm的直径。

透明开口16可包括透明子开口阵列，透明子开口16设置在与光波导4的辐射输入端5的第一二维图案P1对应的二维图案中，使得热辐射通过透明子开口传输至光波导4的输入辐射端5，如图11a至图12b所示。在一个实施例中，如图12a和12b所示，当透明子开口16延伸穿过外壳15时，每个透明子开口16逐渐变细，优选地，使得透明子开口的最小尺寸d2，例如最小直径，设置得最接近光波导4的辐射输入端5。

透明开口16或透明子开口16与热辐射检测设备1或热辐射检测系统10的光波导4的辐射输入端5对齐，使得热辐射通过透明开口16或透明子开口16传输至光波导4的输入辐射端5。其实施例如图5至图7所示。图5示出了沿着电子设备14的侧边设置的透明子开口16的线性阵列。图6示出了设置在电子设备14的前外壳表面或后外壳表面的透明子开口16的圆形阵列。图7示出了也设置在电子设备14的前外壳表面或后外壳表面的透明子开口16的线性阵列。

透明开口16或透明子开口16可由盖17密封，盖17包括Si、Ge和ZnSe材料中的至少一种。盖17对热辐射是透明的，并且可以对中红外光谱中的波长是透明的，优选地，在5-14μm之间的波长，其中，对热辐射是透明的意味着允许热辐射通过盖7，而不会对热辐射造成实质性的损失，或者不会对热辐射能量造成实质性的损失。

如图5至图7所示，透明开口16或透明子开口16可以设置在外壳15中的另一个开口18内，例如容纳摄像头11或麦克风、光传感器和/或IR发射器20等的任何开口18。另一个开口18至少具有与透明开口16相同的面积尺寸。图5示出了一个实施例，其中另一个开口18的面积比透明子开口16大得多，而图6示出了一个实施例，其中另一个开口18的面积大小与透明子开口16的面积大小相似。

如图11b和12b所示，每个透明子开口16可以有一个视场角γ。为了使视场角γ最大化，可以如上所述使透明子开口16逐渐变细。所述逐渐变细的透明子开口16分别具有高度H和直径D，透明子开口逐渐变细使得光波导4的输入辐射端5在最大视场角γ＝2×arctan D/(2H)接收热辐射。

在此结合各种实施例描述了各个方面和实现方式。但本领域技术人员通过实践本主题，研究附图、本发明以及所附的权利要求，能够理解并获得公开实施例的其它变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，不定冠词“a”或者“an”不排除多个。单个处理器或其它单元可满足权利要求中描述的几项的功能。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能被有效地使用。计算机程序可存储或分发到合适的介质上，例如与其它硬件一起或者作为其它硬件的部分提供的光存储介质或者固态介质，还可以以其它形式例如通过因特网或者其它有线或无线电信系统分发。

权利要求中使用的参考标记不应解释为限制范围。除非另有说明，附图意在与说明书一起阅读(例如，交叉影线、部件布置、比例、程度等)，并被视为本公开的整个书面描述的一部分。如描述中所使用的，术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”和“下”，以及它们的形容词和状语派生词(例如，“水平”、“向右”、“向上”等)，仅仅是指特定的绘图面向读者的所示结构的朝向。类似地，术语“向内”和“向外”通常指表面相对于其伸长轴线或旋转轴线的取向，视情况而定。

Claims (22)

1.一种热辐射检测设备(1)，其特征在于，所述设备包括：

传感器阵列(2)，包括多个传感器元件(3)；以及

光波导(4)，具有辐射输入端(5)和辐射输出端(6)；

所述辐射输入端(5)用于接收热辐射；

所述辐射输出端(6)可操作地连接至所述传感器阵列(2)，

其中，所述光波导(4)用于将接收到的所述热辐射作为多个同时热辐射信号进行传输。

2.根据权利要求1所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，所述设备用于检测具有红外光谱和/或可见光谱内的波长的热辐射。

3.根据权利要求1或2所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，每个传感器元件(3)为半导体元件，优选地，为热电堆温度传感器或辐射式测量计中的一种。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，所述光波导(4)包括至少一捆单芯光纤。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，所述光波导(4)包括至少一根多芯光纤。

6.根据权利要求4或5所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，所述光波导(4)的所述多芯光纤的每个芯(7)或所述光波导(4)的所述一捆单芯光纤的每个芯(7)可操作地连接至一个传感器元件(3)，每个芯(7)用于向一个传感器元件(3)传输一个热辐射信号。

7.根据权利要求5或6所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，所述光波导(4)的所述多芯光纤的所述芯(7)设置在所述辐射输入端(5)的第一二维图案(P1)和所述辐射输出端(6)的第二二维图案(P2)中。

8.根据权利要求7所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，所述辐射输出端(6)设置成至少部分包围所述传感器阵列(2)，所述第二二维图案(P2)被划分为第一子图案(P2a)和第二子图案(P2b)，所述第一子图案(P2a)叠加在所述传感器阵列(2)的第一侧，所述第二子图案(P2b)叠加在所述传感器阵列(2)的相对的第二侧。

9.根据权利要求8所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，所述第一二维图案(P1)和/或所述第二二维图案(P2)包括矩形和圆形芯图案中的一种，和/或所述第一子图案(P2a)和所述第二子图案(P2b)包括二维矩形或圆形芯图案和一维线性图案中的一种。

10.根据前述权利要求任一项所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，所述光波导(4)的所述辐射输入端(5)和所述辐射输出端(6)中的至少一个包括反射表面(8)，所述反射表面(8)的主平面以第一角度(α)延伸至所述光波导(4)的主热辐射路径，所述反射表面(8)用于在所述光波导(4)内将所述热辐射路径折弯第二角度(β)。

11.根据前述权利要求任一项所述的热辐射检测设备(1)，其特征在于，还包括设置在所述光波导(4)的所述辐射输入端(5)和/或所述辐射输出端(6)附近的至少一个透镜装置(9)，以使得

所述热辐射通过输入透镜装置(9a)从所述辐射输入端(5)传输到所述光波导(4)，和/或

所述热辐射信号通过输出透镜装置(9b)从所述辐射输出端(6)传输至所述传感器阵列(2)。

12.一种热辐射检测系统(10)，其特征在于，包括根据权利要求1至11中任一项所述的热辐射检测设备(1)和摄像头(11)和/或引导光源(12)，所述摄像头(11)和/或引导光源(12)设置成使得所述摄像头(11)的光轴(O1)和/或所述引导光源(12)的光轴(O2)位于距离所述热辐射检测设备(1)的光波导(4)的中心轴(center axis，CA)1.7cm或2.5cm的最大距离(d1)。

13.根据权利要求12所述的热辐射检测系统(10)，其特征在于，所述引导光源(12)用于发射红外或可见光。

14.根据权利要求12或13所述的热辐射检测系统(10)，其特征在于，所述摄像头(11)和/或所述引导光源(12)用于指示辐射源(13)上的待测区域(A3)，使得所述光波导(4)能够定向以仅接收所述辐射源(13)上的所述区域(A3)发射的热辐射。

15.一种电子设备(14)，其特征在于，包括外壳(15)和根据权利要求1至11中任一项所述的热辐射检测设备(1)或根据权利要求12至14中任一项所述的热辐射检测系统(10)，所述外壳(15)包围所述热辐射检测设备(1)或所述热辐射检测系统(10)，

所述外壳(15)设置有至少一个热透明开口(16)，所述透明开口(16)对位于所述外壳(15)外部的辐射源(13)发射的热辐射透明，

所述透明开口(16)与所述热辐射检测设备(1)或所述热辐射检测系统(10)的所述光波导(4)的所述辐射输入端(5)对齐，使得所述热辐射通过所述透明开口(16)传输到所述光波导(4)。

16.根据权利要求15所述的电子设备(14)，其特征在于，所述透明开口(16)由盖(17)密封，所述盖(17)包括Si、Ge和ZnSe中的至少一种。

17.根据权利要求15或16所述的电子设备(14)，其特征在于，所述盖(17)对中红外光谱中的波长是透明的，优选地，在5-14μm之间的波长。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的电子设备(14)，其特征在于，所述透明开口(16)设置在所述外壳(15)中的另一开口(18)内，例如容纳所述摄像头(11)、麦克风、光传感器和/或IR发射器(20)的另一开口(18)，所述另一开口(18)具有至少与所述透明开口(16)相同的面积大小。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的电子设备(14)，其特征在于，所述透明开口(16)包括透明子开口阵列，所述透明子开口(16)设置在与所述光波导(4)的所述辐射输入端(5)的所述第一二维图案(P1)对应的二维图案中，使得所述热辐射通过所述透明子开口传输到所述光波导(4)。

20.根据权利要求19所述的电子设备(14)，其特征在于，每个透明子开口(16)通过所述外壳(15)逐渐变细，使得所述透明子开口的最小尺寸(d2)设置得最接近所述光波导(4)的所述辐射输入端(5)。

21.根据权利要求19或20所述的电子设备(14)，其特征在于，每个透明子开口(16)具有高度(H)和直径(D)，所述透明子开口逐渐变细，使得所述热辐射由所述光波导(4)以最大视场角(γ)＝2×arctan(D/2H)接收。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的电子设备(14)，其特征在于，所述电子设备(14)还包括印刷电路板(19)，所述热辐射检测设备(1)或所述热辐射检测系统(10)的所述传感器阵列(2)设置在所述印刷电路板(19)上。

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