專利名稱：光檢測裝置以及使用此裝置的溫度分布檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光檢測裝置、以及使用此裝置形成物體表面的溫度分布圖象或可見圖象的溫度分布檢測裝置，在所述光檢測裝置中，通過光纖把從被檢測物體表面輻射或反射的紅外光或可見光引導到與物體分離的位置，并在此位置進行檢測。
背景技術：
有一種常規圖象捕捉方法用于在狹窄場合形成物體圖象，所述狹窄場合例如為在原子能發電廠中人們不能進入的狹窄場合。此方法例如在日本專利申請KOKAI出版號05-293779中示出。根據描述的方法，把用支撐機構支撐的鏡子插入到狹窄場合中，把物體的圖象光提取到外部，從而，狹窄場合中物體的圖象被光學捕捉。當要捕捉狹窄場合中所需位置的圖象時，應該改變鏡子的方向。為了改變鏡子方向，必需在鏡子支撐機構中設置驅動機構，由此使裝置變龐大。而且，由于驅動機構應設置可移動部件，因此，在非常窄的場合中限制可移動部件的運動允差，從而，不能對所需物體進行圖象捕捉。
進一步地，在包括指定安裝電路板的多個安裝電路板以狹窄間隔并列的狀態下，需要檢查安裝在指定安裝電路板(其上安裝電子元件的印刷電路板稱作安裝電路板)上的電子部件的熱產生狀況。
在此情況下，設置有鏡子的鏡子驅動機構插入到指定安裝電路板與相鄰安裝電路板之間的狹窄間隔中，同時，從電源向指定安裝電路板供電。然而，當鏡子驅動機構由導電材料如鐵或鋁形成時，在被供電的指定安裝電路板的表面區域上發生短路，這使指定安裝電路板損壞。
在日本專利申請KOKAI出版號07-360中示出借助單個光探針從狹窄場合中的物體提取出光以捕捉物體圖象的方法。在此出版物所示方法中使用的光探針具有對被捕捉圖象的較窄視角和較窄視野范圍。當希望捕捉布置在視野范圍之外的部件的圖象時，光探針的位置或光探針的光軸應該移動到使光探針面對物體。可用手或通過改變耦合到光探針的鋼絲的拉力，而移動探針的位置和光探針光軸的方向。然而，用于實現此方法的此結構和方法復雜，并需要許多時間來捕捉圖象。尤其是，不可能同時準確地獲得大范圍的溫度分布圖象。
進一步地，在日本專利申請KOKAI出版號2002-206968中公布一種通過移動插入在狹窄場合中的鏡子而檢測大范圍溫度分布圖象的方法。然而，此方法還需要用于驅動鏡子的執行器，這也使用于實現此方法的結構和處理變復雜，并且，限制用于檢測溫度分布的操作。
進一步地，當在狹窄場合中驅動鏡子等以捕捉溫度分布圖象時，狹窄場合中的空氣會被攪動。結果，對于狹窄場合中物體的表面，會發生局部冷卻或局部加熱，從而，不可能獲得正確的溫度分布圖象。進一步地，當鏡子的邊框等在兩個相鄰電路板之間的狹窄空間內運動時，有可能出現以下缺點，如安裝在電路板上的電氣部件短路，這導致電路板破壞。
此第三方法還受插入到狹窄空間中的鏡子的尺寸或重量的限制，并且與在第一方法中一樣，不能同時獲得大范圍的可見圖象或大范圍的溫度分布圖象。當檢測狹窄空間中的溫度分布時，應該只檢測從被檢測物體輻射的紅外光。然而，當檢測可見圖象時，必需用可見光照射將被檢測的物體。為此，除了用于紅外圖象檢測光探針的光纜以外，還需要用于照射物體的獨立光纜系統。結果，光纜的總直徑變大，從而，變得難以把此粗電纜插入到狹窄空間中。進一步地，需要連接到光探針的多根光纖，以便增加所獲得圖象的分辨率。
相應地，由于在常規方法中限制將被檢測的視野范圍，因此，必須在狹窄空間內移動光探針或鏡子，以獲得大范圍的溫度分布圖象或大范圍的可見圖象。換句話說，不移動光探針或鏡子，就不可能同時獲得大范圍的溫度分布圖象或大范圍的可見圖象。從而，當在短時間內頻繁地改變溫度分布圖象或可見圖象時，不可能準確地獲得圖象。
發明內容
本發明的目的是提供能在狹窄空間內準確檢測被檢測物體的大范圍溫度分布圖象和/或可見圖象且同時不損壞物體的光檢測裝置、以及使用此裝置的溫度分布檢測裝置。
根據本發明的一個方面，提供一種光檢測裝置，特征在于包括由絕緣材料制成的基板，所述基板具有以基本相等距離在基板中形成的多個通孔；多根光纖，每根光纖都具有包括光接收部分的一端和設置有光輸出部分的另一端中，其中，所述光接收部分從被檢測物體接收光，所述一端插入并固定到各個通孔；以及連接到光輸出部分的光檢測部分。
根據本發明的另一方面，提供一種溫度分布檢測裝置，特征在于包括由絕緣材料制成的檢測基板，所述檢測基板具有以基本相等距離形成的多個通孔；多根光纖，每根光纖在其一端上具有用于從被檢測物體接收光的光接收部分，并在另一端上具有光輸出部分，所述一端插入并固定到通孔中；光檢測部分，所述光檢測部分連接到光輸出部分，以形成與從光輸出部分輸出的光強度相應的光檢測信號；以及圖象形成部分，所述圖象形成部分根據在光檢測部分上形成的輸出而形成代表物體溫度分布的圖象。
圖1為解釋根據本發明第一實施例的溫度分布檢測裝置的結構的框圖。
圖2示出兩個印刷電路板的側視圖，其中，在兩個印刷電路板之間插入圖1所示的溫度分布檢測裝置。
圖3為示出用圓圈A指示的一部分光探針的詳細結構的放大視圖。
圖4為示出光探針的光接收部分的詳細結構的放大視圖。
圖5為圖1所示光探針一部分的放大透視圖。
圖6為示出圖6所示光探針頂部的詳細結構的剖視圖。
圖7為示出根據本發明另一實施例的光探針的末端部分的詳細結構的放大透視圖。
圖8為示出圖7所示光探針的光接收部分的布置的平面圖。
圖9為圖7所示光探針的光纖的光接收部分的放大視圖。
圖10為示出根據本發明又一實施例的使用光探針進行溫度分布檢測的溫度分布檢測裝置的結構的框圖。
圖11A-11C為用于解釋圖10所示實施例的操作的視圖。
圖12A為示出根據本發明另一實施例的光探針的光接收部分的結構的剖視圖。
圖12B為示出捆扎圖12A所示光探針的光纖的部分的剖視圖。
圖13A-13C分別示出在光探針中捆扎光纖的物鏡側、捆扎部分以及目鏡側的光纖布置。
圖14A-14C分別示出圖13A-13C所示捆扎光纖的光纖布置。
圖15A-15C分別示出根據本發明另一實施例的捆扎光纖的光纖布置。
圖16為示出根據本發明又一實施例的使用魚眼透鏡的圖象檢測裝置的結構的框圖。
圖17為示出在圖16所示實施例中的圖象檢測裝置的結構的框圖，在該裝置中補償由魚眼透鏡捕捉的圖象。
圖18為示出根據本發明還一實施例的溫度分布檢測裝置的結構的框圖，在該裝置中補償通過光探針獲得的紅外光的強度。
圖19A-19C為分別示出光導材料數據庫的圖形。
圖20為示出根據本發明又一實施例的圖象檢測裝置的結構的框圖，在該裝置中，向光探針的端部提供光。
圖21A為示出根據本發明另一實施例的具有基板的光探針結構以固定光纖的透視圖，其中，所述基板由光儲存材料制成。
圖21B為示出圖21A所示裝置一部分的剖面結構的剖視圖。
具體實施例方式
結合圖1描述本發明的第一實施例。在圖1中，根據本發明實施例的光探針1插入到在安裝電路板2a和2b之間形成的狹窄空間中。安裝電路板2a由其上安裝多個電子部件ep的印刷電路板2a1組成。在圖中，示出四個安裝電路板2a、2b、2c和2d，其中，以與板2a相似的方式構造電路板2b-2d。這些安裝電路板2a-2d以基本相等的距離固定在水平方向的框架(未示出)上。圖2為示出在安裝電路板2a和2b之間插入光探針1的狀態的側視圖。
在圖1中，光探針1的光接收表面朝下，即朝著面向安裝電路板2b的方向，從而，可從其上安裝電子部件ep的安裝電路板2b一側檢測電子部件ep的溫度分布。面向安裝電路板2b的光探針1的一個端面具有用于檢測安裝電路板2b的溫度分布的光接收表面，并且，光探針1的另一端具有向外部傳遞所接收光的目鏡側或光輸出部分1A。
光探針1由多根光纖構成。插入在安裝電路板2a和2b之間的光探針1具有在圖3所示探針基板7上布置多根光纖6的結構，其中，圖3示出由圖1所示圓圈A環繞的部分。在圖3中，三個子束SB每個都包括垂直層疊的五根光纖6，三個子束SB以互相間隔預定距離的平行方式并排布置在探針基板7上。例如，探針基板7由厚度1mm的柔性薄絕緣樹脂板形成。光纖6的直徑例如為0.3mm。從而，具有層疊的五根光纖6的子束SB的厚度大約為1.5mm，從而，光探針1的總厚度為2.5mm，其中，光探針1具有探針基板7和涂敷絕緣樹脂(未示出)的子束SB。因而，形成薄的光探針1，從而，光探針1例如有可能插入到安裝電路板2a和2b之間的狹窄空間中。
多個子束SB延伸到用圓圈B環繞的光輸出部分1A一側，在此側捆扎子束SB，以具有圖4所示的方形截面，其中，子束SB的側面互相接觸。結果，光輸出部分1A具有光纖陣列，所述光纖陣列具有以矩陣布置的光纖6的光輸出端。
如圖1和2所示，從安裝電路板2b的表面輻射的紅外光由在光探針1的光接收部分的多根光纖6接收，所述紅外光通過用作光導裝置的光纖陣列而被引導到用作溫度分布檢測裝置的紅外照相機3。在紅外照相機3中獲得的安裝電路板2b的溫度分布檢測圖象在諸如液晶顯示器5的顯示裝置上顯示。
光探針1由探針基板7以及多根光纖6構成，其中，探針基板7具有面向(或接觸)安裝電路板2b的檢測表面，并且，每根光纖6植入到探針基板7中，從而，在板7的檢測表面暴露光纖6的末端。光纖6的末端具有與光纖6的光軸正交的端面，所述光軸與探針基板7的表面正交。物鏡8設置在光纖6的末端上。光纖6的端面是以二維方式布置在探針基板7的表面上的光接收表面。探針基板7由絕緣樹脂或塑料制成，并且形成為蜂窩形狀，以固定多根光纖6。具體地，在探針基板7上形成多個六邊形通孔7a，并且在六邊形通孔7a之間的連接框中形成多個光纖插入孔7b。光纖6的末端固定在孔7b中，從而，光纖6在探針基板7上垂直地固定。
進一步地，在每根光纖6的末端或光接收表面上形成物鏡8。如圖6所示，物鏡8是聚焦在安裝電路板2b表面上的凸透鏡，并且具有視角θ，從而，相鄰光纖6的視野互相接觸。物鏡8例如可通過以下方式形成。首先，熔化光纖6的末端部分。在熔化狀態下，光纖6的材料根據其表面張力而在光纖的末端形成為半球形。當光纖6的末端冷卻時，凸透鏡由形成光纖6的材料與光纖6整體形成。然而，凸透鏡8可由除光纖6形成材料之外的材料形成，并且，單獨形成的凸透鏡8與光纖6的末端接觸。固定在探針基板7上的光纖6沿著板7的表面延伸，并光纖6例如通過絕緣樹脂與板7一起模制，以形成光探針1。
因而，光探針1具有由探針基板7形成的薄板形狀，探針基板7具有蜂窩結構，此結構具有多個光纖插入孔7b，在光纖插入孔7b中固定多根光纖6，從而，光纖6的末端以二維方式布置(以陣列布置)。由于光探針1較薄，并且用絕緣樹脂模制，因此，光探針1可插入到在安裝電路板2a和2b之間形成的狹窄空間內，實時檢測被加電的電路板2b的熱輻射狀態。
具有蜂窩結構的探針基板7設置有多個六邊形孔7a，從而，氣體或光可通過孔7a。當光探針1插入到將被檢測的狹窄空間內時，不會明顯地阻礙熱流或氣流，并且，還防止在被檢測物體上不希望有的熱產生狀態變化。通常，當安裝電路板例如連接到電源時，所述板借助氣流而冷卻。從而，如果阻礙順利的氣流，安裝電路板的溫度就升高。然而，當具有根據本實施例形成的探針基板的光探針1插入到兩個安裝電路板之間時，不阻礙冷卻氣流，并且，不可能發生不希望有的溫度升高。因而，可在實際使用中正確地檢測安裝電路板的溫度分布。
即使在光纖6的視角θ內溫度相等或不相等，一根光纖6的輸出光的強度都代表在光纖6的視野內包括的紅外光強度的平均值。相應地，當借助凸透鏡8而使視角θ較小時并且當通過增加每單位面積的光纖數量而增加光纖6的密度時，有可能更精確地檢測溫度分布。
當光探針1插入到安裝電路板2a和2b之間的狹窄空間內時，從安裝電路板2b輻射的紅外光通過插入到狹窄空間內的光纖6而被引導到光輸出部分1A，其中，從安裝電路板2b檢測溫度分布。光輸出部分1A與紅外照相機3耦合，在紅外照相機3中獲得與光探針1所引導的紅外光的強度相應的溫度信號。通過圖2所示信號線4向顯示裝置5提供代表在紅外照相機3中產生的電路板2b溫度分布的信號，并且，顯示電路板2b的溫度分布圖象。如圖1所示，除了偽等溫線5Ga、5Gb以外，顯示電子元件ep的溫度分布圖象5Ia、5Ib。
結果，即使電路板2b在短時間內發生溫度變化，也可實時檢測電路板2b的熱產生狀態。當根據本實施例的光探針1插入到安裝在控制面板殼體內的電路板之間時，有可能檢測或監視電路板的熱產生狀態，從而，能發現安裝在電路板上的電子元件的異常狀態。如果位于狹窄空間內的結構在高溫下加熱并且具有裂縫，裂縫的溫度與該結構的其它部分相比就較低。從而，當顯示該結構的溫度分布圖象時，容易用根據本發明的光探針1安全地檢測裂縫。進一步地，由于光探針1沒有運動部分并且涂敷絕緣材料，因此有可能檢測被供電的電路板的溫度分布，且不損壞電路板。
圖5所示光探針1具有光纖6，每根光纖6都具有與探針基板7表面正交的光軸。進一步地，在圖7所示實施例中，每根光纖6的光軸相對探針基板7的表面傾斜預定的角度。從圖9可看出，當光纖6傾斜時，光纖6的視野C2是橢圓，并且光纖6的視角為θ。當光纖6與基板7正交地固定時，其視野C1是圓圈C1。因而，視野C2比視野C1更大。結果，當光纖6傾斜時，有可能拓寬每根光纖的視野，并且用有限數量的光纖6來覆蓋大范圍的電路板2b表面。在圖9的情況下，以與圖6情形相似的方式在光纖6的末端部分設置物鏡8。
圖9中的圓圈C1示出在圖5實施例情況下光纖6的視野，并且，圓圈或橢圓C2示出在光纖6光軸傾斜的安裝電路板2b上的視野。進一步地，當光纖6以圖9所示傾斜狀態固定到探針基板7上時，與圖6所示光纖6正交固定的情形相比，光纖6沿著板7的近表面位置延伸，從而能減小光探針1的總厚度。進一步地，當光纖6在探針基板7上傾斜時，如圖8所示，可拓寬光探針1的總視野。換句話說，有可能用少量光纖實現大視野。這意味著可用少量的光纖提供薄的光探針1，由此能插入到非常狹窄的空間內。由于光探針1由絕緣材料的一束光纖6構成，因此，可在電子裝置的狹窄空間內使用，即使光纖不涂敷絕緣樹脂并且向電路板供電，也不會使電子元件受短路的破壞。因而，即使向電路板供電，也有可能檢測溫度分布圖象。
當石英玻璃用作主元件或光纖的核芯時，得到的光纖不能以小半徑折彎。從而，如圖5實施例所示地，當由石英玻璃制成的此光纖6正交地固定在探針1的光接收表面時，光探針1變厚，并且，此較厚的光探針1不能插入到狹窄空間中。圖7所示光探針1適于在狹窄空間中使用。然而，當兩個電路板之間的空間相對較寬時，可以使用如圖5所示的光探針1，所述光探針1的多根光纖6的光軸與探針基板7正交地固定。相應地，可通過用于在狹窄空間內檢測溫度分布圖象的薄光導裝置或光探針來實現較大的視野。在第一實施例中，光纖由能傳送紅外光的材料制成，除石英玻璃之外，所述材料還例如為鹵化銀系材料、氟化玻璃或硫屬化物光纖。
圖8為示出當在六邊形的頂點布置6根光纖6并且與安裝電路板2b傾斜時光纖6的視野的示意圖，其中，安裝電路板2b是將由光探針1檢測的物體。由于光纖6的光軸相對于電路板2b的檢測表面傾斜，因此視野是橢圓C2，橢圓C2比圖5實施例所示光纖6的相應圓形視野C1更大。在圖8的實施例中，在每兩根相鄰光纖6之間的距離d設定為相等，從而，通過插值方法容易提取在兩根相鄰光纖之間的中間溫度值。
在圖8的情況下，布置在六邊形每相鄰兩個頂點上的每相鄰兩根光纖的距離d設定為相等，從而，使用從兩根相鄰光纖獲得的兩項數據，借助已知的插值方法，可獲得兩根相鄰光纖6，6之間的中間溫度數據。
圖10為能顯示安裝電路板2b的可見圖象與溫度分布圖象的合成圖象的溫度分布檢測裝置11的框圖，其中，安裝電路板2b是將被檢測的物體。這里，光探針1由具有能傳送紅外光和可見光的光學特性的光纖組成。
圖象拾取裝置或圖象捕捉裝置9由能從接收的紅外光檢測溫度分布的紅外照相機和能通過接收可見光而捕捉圖象的CCD照相機組成。可通過控制單元14而有選擇性地使用紅外照相機和CCD照相機。由捕捉裝置9捕捉的正常可見圖象傳送給圖象捕捉單元15。同時，在圖象捕捉裝置9中獲得的紅外圖象發送給溫度分布數據捕捉單元10。獲得的紅外圖象轉換為數字圖象數據，接著，數字圖象數據傳送給溫度圖象數據插值單元13，在單元13中，對數據執行插值，以便獲得在從兩根相鄰光纖獲得的兩個相鄰數據之間的中間數據。例如，在從兩根相鄰光纖6，6獲得的兩個數據之間執行此插值，以獲得在圖8所示兩根相鄰光纖數據之間的中間數據。
圖11A-11C示意性示出圖10所示裝置的操作。圖11A示出粗略布置在光探針1中的光纖6的子束。圖11B為大致示出由紅外照相機3基于粗略布置的光纖6所提取出的圖象而捕捉的溫度分布圖象的一個實例。圖11C示出在顯示裝置5上示出的圖11B的糾正圖象，其中，使用逆理論在兩個相鄰圖象數據象素之間執行數據插值而獲得所述糾正圖象。
可用于本發明的數據插值方法可以是任何已知的方法，如平均值方法、二次樣條插值方法、拉格朗日插值方法以及其它用于對二維數據插值的已知方法。在溫度圖象數據插值單元13中插值的溫度圖象數據傳遞給溫度分布圖象捕捉單元16。通過在控制單元14中控制檢測定時之間的同步性，傳遞的溫度分布圖象和傳遞給圖象捕捉單元15的普通可見圖象在圖象合成單元17中合成。合成圖象發送給顯示裝置5，以實時顯示和檢測溫度圖象。
現在描述根據本發明的另一實施例。圖12A所示光探針1由探針基板7和多根光纖6組成，其中，探針基板7由非導電材料如絕緣陶瓷或塑料形成。探針基板7設置有多個通孔7b，光纖6正交地固定到通孔7b中，從而，以二維方式布置光纖6的光接收末端。被檢測物體2b的可見圖象或紅外圖象從光探針1的光接收端傳送給光纖6的圖象輸出端。諸如圖象捕捉裝置或紅外照相機8的溫度分布檢測裝置耦合到光纖6的圖象輸出端。光探針1由涂敷非導電材料如氯乙烯的光纖6形成。光纖6由非導電性光傳送纖維材料如石英玻璃或塑料制成。
光探針1由絕緣樹脂的涂層1和非導電材料的光纖6形成，由此用作非導電性元件。結果，即使當向安裝在電路板2b上的電子元件供電時，也有可能把光探針1插入到電路板2b內的狹窄空間中以檢測物體2b的溫度分布，但不會發生諸如短路的任何意外事故。
探針基板7由非導電材料如陶瓷或塑料制成。進一步地，物鏡8也由非導電材料制成。從而，有可能把具有探針基板7的光探針1插入到被加電的安裝電路板2b或電子設備殼體中，由此能實時檢測溫度分布或大范圍的可見圖象。
圖12A示出的光探針1包括光學基板7、以距離d布置在板7上的多根光纖6。光探針1以靠近電路板2b距離為x的方式插入，設定相對于光纖6視野的視角θ，其中，光纖6包括物鏡8。距離x設定為物鏡8的聚焦距離，其中，物鏡8設置在光纖的末端。在此情況下，當設定距離d以便滿足以下公式時，有可能在圖象檢測區域中沿著光纖6的布置線獲得至少不缺少視野的圖象。
d≤2·x·tan(θ/2)圖12B示出根據圖1所示實施例之修改例的在光輸出部分1A中光探針1內的一束光纖6。在圖1所示實施例中，光纖6被捆扎成圖4所示的方柱形，而在圖12B的情況下，光纖6被捆扎成用絕緣層22覆蓋的圓柱形，其中，絕緣層22例如由氯乙烯制成。在圖1所示實施例的情況下，當必需從檢測物體，即從在多個安裝電路板2a-2d中形成的狹窄空間，分離紅外照相機3時，光探針1應該通過延伸的光纖6而連接到光輸出部分1A，其中，光纖6被捆扎成圖12B所示的光纜。
圖13B示出根據本發明另一實施例的捆扎成束光纖23的一束光纖6，其中，束光纖23捆扎為連接在圖13A所示光探針1和圖13C所示光輸出部分1A之間的方柱形。在此實施例中，在具有5×5象素矩陣的光接收表面的光探針1中使用25根光纖a1-a5、b1-b5、c1-c5、d1-d5和e1-e5。25根光纖a1-e5的布置也用于目鏡側或光輸出部分1A，從而，在光探針1獲得的5×5位圖象可從光輸出部分1A輸出。然而，如圖中所示，在中間圖象路徑上的束光纖23中，光纖a1-e5的布置與光探針1和光輸出部分1A的布置不同。此光纖布置的意義在后面結合圖15A-15C的實施例進行描述。
在圖14A-14C的實例中，束光纖23具有與光探針1和光輸出部分1A相同的光纖布置。圖14B示出布置在圖中右側的兩列光纖因某些原因而折斷的情形。在圖14B中，用網紋斷面線示出折斷的或損壞的光纖。例如，此損壞可因束光纖23的打結引起或因剛性部件撞擊束光纖23右側而引起。當兩列光纖如圖14B所示地折斷時，在損壞光纖的折斷部分切斷在光探針1的相應光纖中引導的光，從而，與折斷的10根光纖相應的10個圖象象素未到達光輸出部分1A，并且，不能在圖象接收側上再現相應的兩列圖象信息，如圖14C所示。
相反，在圖15A-15C所示實施例中，在圖15B所示束光纖部分23中，各根光纖的捆扎位置相對于在圖15A和15C所示光探針1和光輸出部分1A上光纖6的捆扎位置互換。在此情況下，即使束光纖23中相同的兩列光纖如圖15所示地損壞，減少的位也分散在光輸出部分1A的接收圖象上，從而，可防止出現顯示與10根損壞光纖相應的局部圖象的情況。進一步地，當插值方法應用于圖15C所示圖象時，可在任何相鄰兩個有效位圖象之間產生減少的位圖象。根據圖15A-15C所示實施例，即使如圖15B所示損壞一些連續的光纖，但通過互換束光纖23中的光纖布置與光接收光探針1和光輸出部分1A中的光纖布置，與損壞光纖相應的位圖象分散在光輸出部分1A的輸出圖象中，有可能防止輸出圖象的質量明顯下降。
在圖16所示的實施例中，在光探針1的光接收一側，在各根光纖6的末端部分設置魚眼物鏡31。在圖中，通常示出具有魚眼透鏡31的光纖6。根據此魚眼透鏡31，有可能拓寬在光接收一側上光纖6視野的視角。結果，可增加每根光纖的視野，由此減少光探針1中所用的光纖數量。進一步地，當各根光纖的視野在某種程度上重疊時，有可能減少光探針1的盲區。
然而，在魚眼透鏡31的外圍部分上發生圖象扭曲，并且獲得的輸出圖象具有桶形畸變。為了補償此桶形畸變，具有線軸型扭曲特性的補償透鏡32耦合在光纖6的光輸出部分中，以糾正輸出圖象。在諸如紅外照相機或CCD照相機的照相機10中捕捉糾正扭曲的圖象，在顯示裝置5上顯示為被檢測物體的溫度分布圖象或可見圖象。例如，可檢測狹窄空間內物體的溫度分布，并可顯示為數值檢測數據或偽等高線，從而例如能檢測狹窄空間內的異常熱點。因而，有可能檢測狹窄空間內物體的任何異常狀況。進一步地，由于在工廠內在高溫管上的裂縫部分與管的正常部分相比，溫度變低，因此這可在溫度分布圖象上顯示，從而能非常迅速和容易地檢測裂縫。
進一步地，由于可實時檢測狹窄空間中的加熱狀況，因此有可能立即檢測安裝電路板等的溫度分布，在安裝電路板等中，溫度變化在短時間內發生。例如，當多個安裝電路板固定在控制面板的殼體中時，有可能監視電路板的熱產生狀況，并檢測板的溫度，從而能檢測板的異常狀況。由于在根據本發明實施例的光探針或光傳感器中沒有使用移動部件，其中，所述光探針或光傳感器由非導電性材料制成，因此，即使電路板連接到電源，也有可能檢測安裝電路板上的溫度分布。
在圖17所示的實施例中，照相機10拾取的圖象在圖象捕捉部分15中轉換為數字數據。因此獲得的數字圖象數據接著提供給扭曲糾正部分33，在這，借助軟件糾正數字數據。糾正的數據提供給顯示裝置5，以顯示溫度分布圖象或可見圖象。扭曲糾正部分33也可用硬件電路實現。
圖18為示出根據本發明另一實施例的光檢測裝置的框圖，該裝置通過補償當紅外光經過光探針1時衰減的紅外光光強度而正確顯示被檢測物體的溫度分布圖象。當使用石英玻璃或塑料制作光探針1的光導部分時，可見光波長范圍內的光通過光導時不會衰減。然而，1-1000μm波長范圍內的紅外光通過光導時會顯著衰減。有可傳送紅外光的光纖，如鹵化銀系的材料。然而，即使在衰減相對較小的9-11μm波長范圍內，光透射率也為約70％。另外，此鹵化銀系材料非常昂貴。從而，使用此材料作為用于從狹窄空間引導紅外光圖象的光導或光纖非常困難。
圖18實施例所示光探針1由通常使用的石英玻璃或塑料組成，其中，石英玻璃或塑料作為光導材料。由光探針1引導的物體紅外光分布圖象借助照相機10如紅外照相機而轉換為溫度圖象。在照相機10中獲得的溫度圖象在圖象捕捉部分15中轉換為數字數據，并發送給溫度圖象糾正部分34。溫度圖象糾正部分34從數據庫35獲取相應的衰減特性數據，其中，數據庫35儲存多個用于每種光傳導材料的衰減特性數據。溫度圖象糾正部分34基于獲取的與光探針1的光導中所用材料相應的衰減特性數據而執行數據糾正操作。即，糾正所檢測紅外光的強度，以輸出糾正的溫度分布圖象。糾正的溫度分布數據在顯示裝置5上顯示為溫度分布圖象。
圖19A、19B和19C示出在光導材料數據庫35中儲存的材料A、B和C的光強度衰減數據實例。
圖20為示出本發明的另一實施例的框圖，該實施例包括用于把可見光從光輸出部分一側引導到光探針1的光接收部分一側的裝置、以及用于顯示物體圖象的顯示裝置，其中，所述可見光照射將被檢測的物體。圖21A和21B示出由探針基板7組成的光探針1，其中，探針基板7由包括發光材料的材料形成。探針基板7由當被照射時具有發光特性的材料制成，并用光探針1的光接收部分一側的光能向探針基板7提供能量，其中，光探針1把光纖6的光接收端固定在探針基板7上。因而，當因此構造的光探針1插入到被檢測物體中時，在開始圖象檢測操作之前，向物體提供光能或用從光探針1輻射的光照射物體。從物體反射的光由探針基板7接收，并在其中儲存光能。可替換地，光探針1在插入到狹窄檢測空間之前被照射，以儲存光能。在此情況下，不需要在圖20的實施例中設置光源。
向探針基板7提供光能可通過把光源40產生的光通過半反射鏡41引導到光探針1的末端而執行。由于半反射鏡41由半透明材料制成，因此，在關閉光源40之后，從探針基板7輻射可見光，照射物體，并且，獲得的可見圖象通過光探針1引導，到達諸如CCD照相機的照相機10。在照相機10捕捉的圖象在顯示裝置5上顯示為可見圖象。
<修改例>
本發明可應用于實施例的變形或修改例，且不限制上述實施例。例如，可記錄狹窄空間內的溫度分布，并在顯示裝置5上顯示溫度分布，作為除上述示出偽等高線等的圖形之外的數值數據或圖形。在上述實施例中，蜂窩結構的探針基板7用于光纖6的支撐框架。進一步地，有可能使用除此蜂窩框架7之外的其它框架，只要多根光纖6的端部以相等距離布置就行。
在圖5和7所示的實施例中，光纖6布置在蜂窩結構的框架部分上。例如，光纖6在探針基板7表面上的布置可改變為布置在諸如正方形或六邊形的頂點的位置上，只要以基本相等的距離布置光纖就行。光纖6可以是多根單元細光纖捆扎成一根光纖或具有所需直徑的單根光纖的結構。
本領域中技術人員容易發現其它的優點和變更。從而，在更廣的方面上，本發明不局限于在此示出和描述的特定細節和代表性實施例。相應地，只要不偏離后附權利要求及其等效物定義的普通發明概念的精神或范圍，就可作出各種變更。
權利要求
1.一種光檢測裝置，特征在于包括由絕緣材料制成的基板，所述基板具有以基本相等距離在基板中形成的多個通孔；多根光纖，每根光纖都具有包括光接收部分的一端和設置有光輸出部分的另一端，其中，所述光接收部分從被檢測物體接收光，所述一端插入并固定到各個通孔中；以及連接到光輸出部分的光檢測部分。
2.如權利要求1所述的光檢測裝置，特征在于在光接收部分上光纖的光軸以相對于基板表面傾斜的方式固定。
3.如權利要求2所述的光檢測裝置，特征在于進一步包括在光接收部分中光纖末端上設置的物鏡。
4.如權利要求2所述的光檢測裝置，特征在于在基板中形成多個通孔，所述通孔布置為流體和紅外線可通過所述通孔。
5.如權利要求1所述的光檢測裝置，特征在于基板上光纖之間的距離d、光纖的視角θ、以及基板與被檢測物體之間的距離x之間的關系滿足以下公式d≤2·x·tan(θ/2)。
6.如權利要求2所述的光檢測裝置，特征在于捆扎多根光纖，以便在光接收部分和光輸出部分之間形成光纖束；以及光纖在光接收部分中的位置與光纖在光輸出部分中的相應位置對準，并且，隨機地布置在光纖束部分中的光纖位置。
7.如權利要求2所述的光檢測裝置，特征在于基板是柔性基板。
8.一種溫度分布檢測裝置，特征在于包括由絕緣材料制成的檢測基板，所述檢測基板具有以基本相等距離形成的多個通孔；多根光纖，每根光纖在其一端上具有用于從被檢測物體接收光的光接收部分，并在另一端上具有光輸出部分，所述一端插入并固定到通孔中；光檢測部分，所述光檢測部分連接到光輸出部分，以形成與從光輸出部分輸出的光強度相應的光檢測信號；以及圖象形成部分，所述圖象形成部分根據在光檢測部分上形成的輸出而形成代表物體溫度分布的圖象。
9.如權利要求8所述的溫度分布檢測裝置，特征在于進一步包括插值單元，所述插值單元配置為使用插值方法，根據從多根光纖中的相鄰光纖獲得的光檢測信號而對中間檢測信號進行插值。
10.如權利要求8所述的溫度分布檢測裝置，特征在于每根光纖具有能傳送紅外光和可見光的光傳送特性；光檢測部分配置為產生與通過光纖傳送的紅外光相應的第一電信號，以及與通過光纖傳送的可見光相應的第二電信號；以及圖象形成部分形成基于第一電信號的物體溫度分布圖象以及基于第二電信號的物體可見圖象。
11.如權利要求10所述的溫度分布檢測裝置，特征在于進一步包括照明裝置，所述照明裝置包括光源和半反射鏡，所述半反射鏡把從光源產生的光通過光纖引導到被檢測物體。
12.如權利要求10所述的溫度分布檢測裝置，特征在于光接收部分中光纖的末端設置有用于增加光纖視角的透鏡，并且，所述溫度分布檢測裝置進一步包括扭曲糾正單元，所述扭曲糾正單元配置為糾正因使用透鏡而造成的圖象扭曲。
13.如權利要求10所述的溫度分布檢測裝置，進一步包括數據庫，所述數據庫用于儲存表示在紅外波長范圍內的光衰減特性的數據，以便糾正紅外波長范圍內的光強度，其中，具有包括在所述范圍內的波長的紅外線在光纖中衰減。
14.如權利要求10所述的溫度分布檢測裝置，特征在于基板由包括發光材料的絕緣材料制成。
全文摘要
本發明涉及光檢測裝置以及使用此裝置的溫度分布檢測裝置，其中光檢測裝置包括由絕緣材料制成的基板(7)，所述基板(7)具有以基本相等距離在基板中形成的多個通孔(7b)；多根光纖(6)，每根光纖都具有包括光接收部分的一端和設置有光輸出部分的另一端，其中，所述光接收部分從被檢測物體接收光，所述一端插入并固定到各個通孔中；以及連接到光輸出部分的光檢測部分。
文檔編號G01J5/00GK1670494SQ20051005478
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月16日 優先權日2004年3月16日
發明者澤田彰 申請人:株式會社東芝