TWI657233B - 紅外測溫儀以及用於測量能量區域的溫度的方法 - Google Patents

Abstract

一種紅外測溫儀測量能量區域的溫度。該紅外測溫儀包括：分束器，用於將來自於待測能量區域的入射光束分成紅外光束和可見光束；紅外檢測器，用於檢測所述紅外光束並根據所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區域的溫度的信號；以及瞄準器，其具有光學模組，所述光學模組用於生成反射的指示圖像，並且透射所述可見光束以在觀察窗處生成靶心圖表像，其中所述瞄準器用於將所述指示圖像重疊在所述觀察窗處的靶心圖表像上，以將所述紅外檢測器對準所述待測能量區域。本申請的紅外測溫儀和一相關連的測量方法更便於操作人員對準待測能量區域，從而提高測量的準確性。

Description

紅外測溫儀以及用於測量能量區域的溫度的方法

本申請案涉及測量技術領域，更具體地，涉及一種紅外測溫儀以及用於測量能量區域的溫度的方法。

紅外測溫儀被廣泛應用於工業生產與日常生活中，其用來對物體表面上某一能量區域的溫度進行測量。然而，由於紅外線是不可見的，因而當人們利用紅外測溫儀來測量溫度時，通常僅能夠通過儘量靠近該能量區域，或者通過觀察測溫儀與待測能量區域的相對位置來瞄準該能量區域。這種瞄準方法難以實現測溫儀中的紅外檢測器與待測能量區域的精確對準，因而影響了測量結果的準確性。

一些紅外測溫儀採用了外紅點式的鐳射瞄準裝置來將紅外測溫儀中的紅外檢測器與待測能量區域對準。這種紅外測溫儀能夠向待測能量區域發射雷射光束以在其表面形成用於瞄準的光斑(即，一紅點)，因而人們能夠通過觀察瞄準光斑與待測能量區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域是否對準。然而，當待測能量區域的溫度較高時，例如攝氏上千度或更高時，其通常會同時發出高亮度的可見光，所發出的可見光會影響人們對待測能量區域上瞄準光斑的觀察，進而影響紅外檢測器與待測能量區域之間的對準。

本申請描述一種能夠精確對準待測能量區域的紅外測溫儀以及測量方法的實施例。

本申請的一個方面描述一種紅外測溫儀的一實施例，包括：分束器，用於將來自於待測能量區域的入射光束分成紅外光束和可見光束；紅外檢測器，用於檢測所述紅外光束並根據所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區域的溫度的信號；以及瞄準器，其具有光學模組，所述光學模組用於生成反射的指示圖像，並且透射所述可見光束以在觀察窗處生成靶心圖表像，其中所述瞄準器用於將所述指示圖像重疊在所述觀察窗處的靶心圖表像上，以將所述紅外檢測器對準所述待測能量區域。

紅外測溫儀的一些實施例中，其通過分束器將來自待測能量區域的入射光束分成了用於測量溫度的紅外光束，以及用於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於將紅外檢測器對準待測能量區域的瞄準器。這種瞄準器採用的是內紅點瞄準器結構，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域的 靶心圖表像上，而非以外紅點的形式直接重疊在待測能量區域實體表面上。因此，本申請的紅外測溫儀更便於操作人員對準待測能量區域。

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，用於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，並且還可以提高指示圖像相對於可見光束形成的靶心圖表像的光強比，從而使得操作人員能夠辨別這兩者。

在一些實施例中，所述瞄準器包括：光源，用於發射參考光束；其中所述光學模組包括反射面，所述反射面用於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。

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，用於透射所述可見光束到所述觀察窗，並用於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。

在一些實施例中，所述光學模組包括：凸透鏡，用於會聚所述參考光束以生成所述指示圖像；光束組合器，用於透射所述可見光束到所述觀察窗，並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，所述反射面位於所述光束組合器朝向所述觀察窗的一側。

在一些實施例中，所述光學模組還包括輔助透鏡組， 其用於會聚或擴散所述可見光束和/或參考光束。

在一些實施例中，所述光源包括至少一個發光二極體或鐳射二極體。二級管的功耗低，特別適用於可擕式的紅外測溫儀。

在一些實施例中，所述至少一個發光二極體或鐳射二極體包括紅光二極體、綠光二極體、藍光二極體或其組合。這樣，操作人員能夠根據入射光束的顏色來選擇色調對比更為明顯的參考光束(如，指示圖像的顏色)，從而更便於觀察。

在一些實施例中，所述瞄準器還包括：分劃板，用於調節所述參考光束的形狀。通過調節參考光束的形狀，指示圖像的形狀和大小可以改變。

在一些實施例中，所述分劃板具有中心開孔以及位於所述中心開孔周圍的環形開孔。該中心開孔形成的圖形可以用於定位待測能量區域的中心位置，而該環形開孔形成的圖形則可以確定被待測能量區域的範圍(如，劃定待測能量區域的邊界)。

在一些實施例中，所述紅外測溫儀還包括：紅外聚焦鏡組，其用於將所述紅外光束聚焦到所述紅外檢測器。

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，用於將所述可見光束反射到所述瞄準器。

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。

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範圍小於或等於所述第二視場的視場角範圍。

本申請的另一方面還公開了一種用於測量能量區域的溫度的方法的一實施例，包括：將來自於待測能量區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靶心圖表像；將所述反射的指示圖像重疊在所述觀察窗處的靶心圖表像上，從而對準所述待測能量區域與用於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，並根據所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區域的溫度的信號。

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。

在一些實施例中，所述生成指示圖像的步驟包括：提供用於發射參考光束的光源；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。

在一些實施例中，所述方法還包括調節所述參考光束的顏色。

在一些實施例中，所述生成指示圖像的步驟還包括：調整所述參考光束的形狀。

在一些實施例中，所述指示圖像具有中心圖形和/或位於所述中心圖形周圍的環形圖形。

以上為本申請的概述，可能有簡化、概括和省略細節 的情況，因此本領域的技術人員應該認識到，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範圍。本概述部分既非旨在確定所要求保護主題的關鍵特徵或必要特徵，也非旨在用作為確定所要求保護主題的範圍的輔助手段。

100‧‧‧紅外測溫儀

101‧‧‧殼體

103‧‧‧入射窗

161‧‧‧入射光束

105‧‧‧分束器

163‧‧‧紅外光束

165‧‧‧可見光束

109‧‧‧紅外檢測器

113‧‧‧瞄準器

117‧‧‧顯示器

119‧‧‧輸入按鈕

107‧‧‧紅外聚焦鏡組

115‧‧‧觀察窗

171‧‧‧光源

173‧‧‧分劃板

175‧‧‧析光鏡

177‧‧‧凹形反射面

181‧‧‧光源

183‧‧‧分劃板

185‧‧‧凸透鏡

187‧‧‧光束組合器

121‧‧‧光衰減器

191‧‧‧第一視場

193‧‧‧第二視場

200‧‧‧方法

通過下面說明書和所附的權利要求書並與附圖結合，將會更加充分地清楚理解本申請內容的上述和其他特徵。可以理解，這些附圖僅描繪了本申請內容的若干實施方式，因此不應認為是對本申請內容範圍的限定。通過採用附圖，本申請內容將會得到更加明確和詳細地說明。

圖1示出了根據本申請一個實施例的紅外測溫儀的結構示意圖；圖2示出了圖1的紅外測溫儀的光路示意圖；圖3示出了圖1的紅外測溫儀中瞄準器形成的指示圖像的一種示例性圖形；圖4示出了圖1的紅外測溫儀中瞄準器形成的指示圖像的一種示例性圖形；圖5示出了圖1的紅外測溫儀中瞄準器形成的指示圖像的一種示例性圖形；圖6示出了圖1的紅外測溫儀中瞄準器形成的指示圖像的一種示例性圖形；圖7示出了圖1的紅外測溫儀中瞄準器的一種結構； 圖8示出了圖1的紅外測溫儀中瞄準器的另一種結構；圖9示出了根據本申請另一實施例的用於測量能量區域的溫度的方法的流程圖。

在下面的詳細描述中，參考了構成其一部分的附圖。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。具體實施方式、附圖和權利要求書中描述的說明性實施方式並非旨在限定。在不偏離本申請的主題的精神或範圍的情況下，可以採用其他實施方式，並且可以做出其他變化。可以理解，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容的各個方面進行多種不同構成的配置、替換、組合、設計，而所有這些都明確地構成本申請內容的一部分。

圖1和圖2示出了根據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的結構示意圖，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用於對物體表面某一能量區域的溫度進行測量。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被表示為可擕式結構，但是紅外測溫儀100也可以被構造為其他任意適合的形狀和尺寸，例如被 構造為立式結構(例如由支架支撐)。

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的前端設置有入射窗103。通過該入射窗103，來自於待測量的能量區域的光線，也即入射光束161，進入紅外測溫儀100內部。該入射光束161可以包括由待測能量區域發射的光線，也可以包括由該待測能量區域反射的光線。通常地，由於該待測能量區域至少能夠反射環境光線，並且該待測能量區域始終能夠發射紅外線(只要其溫度高於絕對零度)，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，譬如當該待測能量區域溫度較高時，(如，固體的溫度高於500攝氏度時)，該入射光束還包括由該待測能量區域發射的可見光部分。

紅外測溫儀100包括分束器105，其用於將來自於待測能量區域的入射光束161分成紅外光束163和可見光束165(見圖2)。在圖2所示的例子中，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可包括兩個三稜鏡，其中這兩個三稜鏡在各自的基底處通過例如聚酯、環氧樹脂或聚氨酯粘合劑相互粘接。該粘合劑層構成了分束器105的分束層。該分束層的厚度可以被設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 分則由於受抑全內反射而經由該分束層從分束器105透射出去。分束器105也可以採用其他適合對光束進行分束的光學結構，例如沃拉斯頓稜鏡(Wollaston prism)，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。由於來自於待測能量區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。

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用於檢測紅外光束163，並根據所檢測的紅外光束生成表示待測能量區域的溫度的信號。紅外檢測器109能夠測量待測能量區域產生的紅外輻射(即紅外光束163)的能量分佈，並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佈轉換為反映待測能量區域的溫度的信號。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，其能夠根據紅外光束中來自於待測能量區域不同位置的紅外光線而將該待測能量區域的溫度分佈成像為一圖像信號。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用於將紅外光束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的檢測面基本位於該紅外聚焦鏡組107的焦點處。在一些實施例中，紅外測溫儀100也可以不採用用於聚焦紅外光束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。

在一些實施例中，瞄準器113具有光學模組(圖中未示出)，該光學模組用於生成反射的指示圖像，並且透射可見光束165以在觀察窗115處生成靶心圖表像。該瞄準器113將反射的指示圖像重疊在觀察窗115處的靶心圖表像上，以將紅外檢測器109對準待測能量區域。其中，在此所述的“對準”是指由待測能量區域發出的紅外線能夠至少大部分地照射到紅外檢測器109上，並為紅外檢測器109接收。在一些實施例中，將待測能量區域對準紅外檢測器109是指待測能量區域發出的紅外線的至少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，並且用於將可見光束165反射到瞄準器113。優選地，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。

瞄準器113採用通常用於槍械射擊瞄準的內紅點瞄準器結構。該內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類比光線的透射。換言之，瞄準器113產生的指示圖像能夠類比從待測能量區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於觀察窗115處可見光束165形成的靶心圖表像與該指示圖像之間的重疊來達到瞄準遠處待測能量區域的效果。

為了形成指示圖像並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包括用於發射參考光束的光源。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光二極體或鐳射二極體，例如紅光二極體、綠光二極體、藍光二極體或其他顏色的發光或鐳射二極體。在一些例子中，光源也可以包括前述各種顏色二極體的組合，從而可以通過開關其中的部分二極體的方式來使得由光源發射的參考光束的顏色可調。優選地，光源發射的參考光束的光強也可以調節，例如通過調節發光二極體或鐳射二極體的功率。這樣，當可見光束的光強較高時，可以相應地調高參考光束的光強來提高參考光束相對於可見光束的光強比，從而便於操作人員辨別指 示圖像與由可見光束形成的靶心圖表像。瞄準器113的示例性結構將在下文中結合圖7和圖8進行詳述。

在一些實施例中，瞄準器113還可以包括用於調節參考光束形狀的分劃板。由光源發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節，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於光源前方的具有特定透光區域的不透光擋板。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域的光線能夠穿過其而繼續傳播。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/或位於該中心開孔周圍的環形開孔。相應地，指示圖像具有中心圖形和/或位於該中心圖形周圍的環形圖形；其中，該中心圖形可以用於定位待測能量區域的中心位置，而該環形圖形則可以確定待測能量區域的範圍，也即劃定待測能量區域的邊界。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。可以理解，指示圖像的範圍與紅外檢測器109的檢測範圍相關，這將在下文中說明。

圖3-6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形圖形。在圖3中，中心圖形呈圓點狀，而環形圖形包括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，而環形圖形包括一圓環。在圖6中，中心圖形是具有刻度的十字交叉線，而環形圖形包括一圓環。可以理解，圖3-6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於瞄準的圖形。

圖7示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器的一種可採用的結構。

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用於透射可見光束165到觀察窗(未示出)，並且將光源171發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的中心線相對於可見光束的傳播方向略微傾斜，以避免光源171並擋在可見光束165的傳播方向上。析光鏡175的另一側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，並從另一側的凹形面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，光學模組也可以採用鍍有析光膜的球平面凹透鏡，該球平面凹透鏡的一側為凹形反射面，而另一側為平面，其中凹形反射面的一側朝向光源171和分劃板173。

由光源171發射的參考光束在經由凹形反射面177反射後會聚，並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靶心圖表像相互重疊時，待測能量區域即與紅外檢測器對準。

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)，其用於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，其能夠協同析光鏡175一併在觀察窗上形成靶心圖表像和/或指示圖像。在一些例子中，該輔助透鏡組可以被設置在析光鏡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。由於輔助透鏡組能夠擴散或會聚可見光束，因而靶心圖表像的大小可以通過設置輔助透鏡組的焦距來進行調節。這樣，靶心圖表像相對於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置在析光鏡175後(亦即，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 助透鏡組彙聚或擴散，從而使得靶心圖表像和指示圖像的大小一同變化)。這可以提高瞄準器調節靶心圖表像和指示圖像的能力。

圖8示出了圖1的紅外測溫儀100中瞄準器的另一種可採用的結構。

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用於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用於透射可見光束到觀察窗，並且將參考光束形成的指示圖像反射到觀察窗。由光源181發射的參考光束在經由凸透鏡185透射後會聚，該會聚的參考光束會被光束組合器187反射，並與由光束組合器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形成的靶心圖表像相互重疊時，待測能量區域即對準紅外檢測器。光束組合器187可以採用與分束器類似的結構(如，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於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)。

可以看出，圖7的凹形反射面177以及圖8的凸透鏡185每一者各自形成了光學成像系統，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。這個光學成像系統的成像滿足凸透鏡成像規律或凹面鏡成像規律。例 如，以圖7的凹形反射面177為例，當光源171和分劃板173處於凹形反射面177的1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的距離應大於2倍焦距。當光源171和分劃板173處於凹形反射面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的距離應為1倍焦距到2倍焦距之間。

對於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域的入射光束分成了用於測量溫度的紅外光束，以及用於供操作人員瞄準的可見光束。同時，該紅外測溫儀100還提供了用於將待測能量區域對準紅外檢測器的瞄準器。在一些實施例中，瞄準器採用的是內紅點瞄準器結構，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域的靶心圖表像上，而非以外紅點的形式直接重疊在待測能量區域的實體表面上。因此，這種紅外測溫儀100更便於操作人員確定並對準待測能量區域。

回頭參考圖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，用於降低可見光束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，並且還可以提高指示圖像相對於可見光束165形成的靶心圖表像的光強比，從而使得操作人員能夠辨別這兩者。優選地，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與瞄準器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元件，其中每個子元件對可見光束165光強的衰減程度不同，並且操作人員可以從中選擇任意一個或多個子元件耦接在分束器105與瞄準器113之間，從而根據可見光束165光強的不同來選擇光強衰減比率。

正如前述，指示圖像的範圍與紅外檢測器109的檢測範圍相關。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小於或等於指示圖像的第二視場193，例如第一視場191的視場角小於或等於第二視場193的視場角。在這種情況下，當能量區域的靶心圖表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域的範圍應當小於或等於紅外檢測器109所採集的能量區域的範圍。也就是說，指示圖像劃定的區域始終落入紅外檢測器109檢測的區域內，因而測量結果更準確。本領域技術人員可以理解，紅外檢測器109的第 一視場191的範圍取決於紅外檢測器109感光面的尺寸、紅外聚焦鏡組107的焦距、入射窗103的尺寸、以及紅外光束163傳播路徑上其他光學元件的參數。相應地，指示圖像的第二視場193的範圍取決於分劃板的尺寸、瞄準器113的透鏡組件中用於聚焦的面或透鏡的焦距、入射窗103的尺寸、以及可見光束165傳播路徑上其他光學元件的參數。

圖9示出了根據本申請另一實施例的用於測量能量區域的溫度的方法200。該方法200可以通過檢測待測能量區域發出的紅外線來確定該待測能量區域的溫度。例如，可以利用具有紅外檢測器的紅外測溫儀來執行該測溫方法200。

如圖9所示，該方法200始於步驟S202，來自於待測能量區域的入射光束被分成紅外光束和可見光束。例如，入射光束通常可以包括可見光部分和紅外線部分，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。

接著，在步驟S204，生成反射的指示圖像。該指示圖像用於與可見光束形成的靶心圖表像進行對準。在一些實施例中，步驟S204進一步包括：提供用於發射參考光束的光源；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，可以調整參考光束的形狀，以使得指示圖像具有各種適於瞄準的形狀，例如十字交叉線的形狀。例如，可以通過在光源前方設置分劃板來 調整參考光束的形狀。在一些實施例中，指示圖像具有中心圖形和位於所述中心圖形周圍的環形圖形。其中，該中心圖形可以用於定位待測能量區域的中心位置，而該環形圖形則可以確定被待測能量區域的範圍，也即劃定待測能量區域的邊界。在一些實施例中，在步驟S204中，還可以調節參考光束的顏色，從而根據可見光束顏色分佈的不同來選擇色調對比明顯的參考光束，從而更便於觀察。

之後，在步驟S206，透射可見光束以在觀察窗處生成靶心圖表像。接著，在步驟S208，將反射的分化板圖像重疊在觀察窗處的靶心圖表像上，從而對準該待測能量區域與用於檢測該紅外光束的紅外檢測器。

該反射的指示圖像例如是由內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類比光線的透射。換言之，產生的指示圖像能夠類比從待測能量區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於觀察窗處可見光束形成的靶心圖表像與該指示圖像之間的重疊來達到瞄準遠處待測能量區域的效果。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，並且還可以提高指示圖像相對於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於辨別指示圖像和靶心圖表像。

再然後，在步驟S210，紅外光束被紅外檢測器所檢測，從而根據所檢測的紅外光束生成表示待測能量區域的溫度的信號。紅外檢測器能夠測量待測能量區域產生的紅外輻射(即，紅外光束)的能量分佈，並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佈轉換為反映待測能量區域的溫度的信號。該信號可以進一步顯示出來，從而供操作人員觀察測量結果。

可以看出，對於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域的入射光束分成了用於測量溫度的紅外光束，以及用於供操作人員瞄準的可見光束。同時，不同於傳統的外紅點瞄準方法，該方法200可以通過將指示圖像與可見光束形成的靶心圖表像在觀察窗處的重疊來將待測能量區域對準紅外檢測器。因此，本申請的用於測量能量區域的溫度的方法更便於操作人員對準待測能量區域。

應當注意，儘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組或子模組，但是這種劃分僅僅是示例性的而非強制性的。實際上，根據本申請的實施例，上文描述的兩個或更多模組的特徵和功能可以在一個模組中具體化。反之，上文描述的一個模組的特徵和功能可以進一步劃分為由多個模組來具體化。

此外，儘管在附圖中以特定順序描述了本申請方法的操作，但是，這並非要求或者暗示必須按照該特定順序來執行這些操作，或是必須執行全部所示的操作才能實現期 望的結果。相反，流程圖中描繪的步驟可以改變執行順序。附加地或備選地，可以省略某些步驟，將多個步驟合併為一個步驟執行，和/或將一個步驟分解為多個步驟執行。

本技術領域的普通技術人員可以通過研究說明書、公開的內容及附圖和所附的權利要求書，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在權利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，並且措辭“一”、“一個”不排除複數。在發明的實際應用中，一個零件可以執行權利要求中所引用的多個技術特徵的功能。權利要求中的任何附圖標記不應理解為對範圍的限制。

Claims (16)

1. 一種紅外測溫儀，其特徵在於包含：分束器，其被建構來將來自於待測能量區域的入射光束分成紅外光束和可見光束；紅外檢測器，其被建構來檢測所述紅外光束並根據所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區域的溫度的信號；以及瞄準器，其具有光學模組，所述光學模組被建構來生成反射的指示圖像，並且透射所述可見光束以在觀察窗處生成靶心圖表像，其中所述瞄準器用於將所述反射的指示圖像重疊在所述觀察窗處的靶心圖表像上，以將所述紅外檢測器對準所述待測能量區域；平面鏡，其耦接在所述分束器與所述瞄準器之間的光路徑中，該平面鏡被建構來將所述可見光束從所述分束器反射到所述瞄準器；平凸透鏡，其被耦接在所述平面鏡和所述瞄準器之間，所述平凸透鏡被建構來降低被透射至所述觀察窗的所述可見光的光強；及紅外聚焦鏡組，其被設置在所述分束器和所述紅外檢測器之間，所述紅外聚焦鏡組被建構來將所述紅外光束聚焦到所述紅外檢測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述的紅外測溫儀，其中所述瞄準器更包含：光源，其被建構來發射參考光束；其中所述光學模組包括反射面，所述反射面被建構來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。
3. 如申請專利範圍第2項所述的紅外測溫儀，其中所述光學模組包含：具有凹形反射面的析光鏡，其中該析光鏡被建構來透射所述可見光束到所述觀察窗，並用於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。
4. 如申請專利範圍第2項所述的紅外測溫儀，其中所述光學模組包括：凸透鏡，其被建構來會聚所述參考光束以生成所述指示圖像；光束組合器，其被建構來透射所述可見光束到所述觀察窗，並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，所述反射面位於所述光束組合器朝向所述觀察窗的一側。
5. 如申請專利範圍第2項所述的紅外測溫儀，其中所述光學模組還包括輔助透鏡組，其被建構來會聚或擴散所述可見光束或參考光束的一者或多者。
6. 如申請專利範圍第2項所述的紅外測溫儀，其中所述光源包括至少一個發光二極體或者鐳射二極體。
7. 如申請專利範圍第6項所述的紅外測溫儀，其中所述至少一個發光二極體或鐳射二極體包括紅光二極體、綠光二極體、藍光二極體或其組合的一者或多者。
8. 如申請專利範圍第2項所述的紅外測溫儀，其中所述瞄準器更包括：分劃板，其被建構來調節所述參考光束的形狀。
9. 如申請專利範圍第8項所述的紅外測溫儀，其中所述分劃板具有中心開孔或位於所述中心開孔周圍的環形開孔的一者或多者。
10. 如申請專利範圍第1項所述的紅外測溫儀，其中所述分束器具有與所述平面鏡平行的分束層。
11. 如申請專利範圍第1項所述的紅外測溫儀，其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範圍小於或等於所述第二視場的視場範圍。
12. 一種用於測量能量區域的溫度的方法，其特徵在於，包含：將來自於待測能量區域的入射光束分成紅外光束和可見光束；把從所述入射光束被分束的所述紅外光束會聚至紅外檢測器；生成反射的指示圖像；將所述可見光束透射至平面鏡；將來自所述平面鏡的所述可見光束透射至一設置在所述平面鏡和一觀察窗之間的平凸透鏡；用所述平凸透鏡來降低所述可見光束的光強；用被所述平凸透鏡透射的所述可見光束在所述觀察窗處生成靶心圖表像；將所述反射的指示圖像重疊在所述觀察窗處的靶心圖表像上，從而將紅外檢測器對準所述待測能量區域；用所述紅外檢測器檢測所述紅外光束；以及根據所檢測的紅外光束生成表示所述待測能量區域的溫度的信號。
13. 如申請專利範圍第12項所述的方法，其中，所述生成指示圖像的步驟包括：從一光源發射一參考光束；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。
14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中，所述方法更包括調節所述參考光束的顏色。
15. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中，所述生成指示圖像的步驟還包括：調整所述參考光束的形狀。
16. 如申請專利範圍第15項所述的方法，其中，所述指示圖像具有中心圖形和/或位於所述中心圖形周圍的環形圖形的至少一者。