红外测温模组、终端设备以及温度测量方法

本发明涉及红外测温领域，尤其是涉及一种红外测温模组、一种终端设备以及一种温度测量方法。

随着技术的发展，电子终端设备的功能越来越多。例如，目前有些电子终端设备已经具备测温功能，例如具有红外温度传感器。然而，在目前带有红外温度传感器的终端设备中，在测量温度时，需要将终端设备贴近或者靠近皮肤才能测得温度，往往距离不得超过几厘米，一旦距离稍远，就不能准确测量出温度，对用户而言体验不佳。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种红外测温模组、一种具有该红外测温模组的终端设备以及一种应用于该终端设备的温度测量方法，其能够实现较远距离的温度测量，解决现有终端设备在测温时需要贴近被测物体才能测温的问题，从而大大提高了用户体验。

为了实现本发明的目的，本发明第一方面提供一种红外测温模组，该红外测温模组包括外壳、红外镜头、红外传感芯片、电路板和处理器。所述红外传感芯片和所述处理器与所述电路板电连接。所述红外镜头将红外辐射光线聚焦于所述红外传感芯片上，所述红外镜头和所述红外传感芯片容纳在所述外壳内。所述红外测温模组还包括可透红外光的用于封装所述红外传感芯片的封装体。

按照本发明第一方面，红外镜头将被测物体产生的红外辐射光线聚焦于红外传感 芯片上，红外传感芯片通过其感光区接收红外辐射光线并将接收到的光信号转化为电信号，处理器通过电路板接收红外传感芯片的电信号并对所述电信号进行处理，进而能够得到被测物体的温度值。通过本发明，一方面能够实现具有较小尺寸的红外测温模组；另一方面能够可靠地实现较远距离的红外测温，尤其是能够实现高达15～25cm的测温距离。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述红外传感芯片设置于所述红外镜头的正下方，使得所述红外传感芯片的光轴与所述红外镜头的光轴重合或者基本重合。由此确保，由所述红外镜头聚焦的红外辐射光线能够尽可能被所述红外传感芯片接收。在此，“基本重合”表示允许一定的误差、例如制造误差或装配误差。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述红外镜头位于所述外壳的顶端，使得所述红外镜头顶面暴露在外部并且与所述外壳的顶部齐平。由此确保有足够的红外辐射光线能够进入红外镜头，而不会被外壳所遮挡。在这些实施例中，在所述外壳的内侧壁例如设有多个、例如两个凸出部，用于支撑红外镜头并在外壳的内侧壁上将红外镜头直接固定在所述外壳的顶端，由此能够简单地实现红外镜头在外壳中固定，而不会增加红外测温模组的横向尺寸。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述封装体可以由硅制成。当然，所述封装体的材料可以其他可透光材料，本发明对此不做限制。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述红外传感芯片可以包括感光区和位于所述感光区四周的包围该感光区的非感光区。在此，所述封装体可以仅将所述红外传感芯片的感光区封装。当然，所述封装体也可以将所述红外传感芯片整体封装，即，所述封装体包围所述红外传感芯片的感光区和非感光区。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，可以通过所述封装体将红外传感芯片、尤其是红外传感芯片的感光区封装于惰性气体中。通过将红外传感芯片的感光区封装于惰性气体环境中，能够避免红外传感芯片在工作中由于能量损失而造成精度降低，此外还能够保护所述红外传感芯片不受外界的灰尘污染。在此，所述惰性气体可以为氮气或其他惰性气体，本发明对此不做限制。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述封装体可以在朝向所述感光区的 一侧设有凹槽，在所述封装体的凹槽内充满惰性气体，所述封装体设置用于利用其凹槽至少将所述红外传感芯片的感光区封装在惰性气体环境中。由此能够通过开设凹槽的方式简单地实现将红外传感芯片的感光区封装于惰性气体中。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，在所述非感光区的表面可以涂覆有不透光材料或遮光物质，以避免红外辐射光线接触到非感光区。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，在所述红外传感芯片的背对所述感光区的一侧设有空腔，所述空腔的开口朝向所述电路板。当红外测温模组工作时，红外传感芯片的感光区接收到红外光照射时温度会升高，产生的热量会由于热传导到达红外传感芯片的非感光区，非感光区温度升高会影响到芯片的精度，因此，通过在红外传感芯片的与感光区背离的一侧设置空腔，避免了非感光区受到热量的影响，进而避免由于热量传导而影响红外传感芯片的精度。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，沿光轴方向或者说红外镜头或红外传感芯片的光轴方向看，所述空腔的面积可以大于所述感光区的面积并且小于所述红外传感芯片的面积。进一步的，所述空腔的面积与所述红外传感芯片的面积的比例可以处于0.1至1的范围内；和/或所述空腔的面积与所述感光区的面积的比例可以处于4至6的范围内。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，沿光轴方向或者说沿红外镜头或红外传感芯片的光轴方向，所述空腔的厚度与所述红外传感芯片的厚度的比例可以处于0.7-0.9的范围内。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述红外镜头可以为硅红外透镜。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述红外镜头的视场角可以处于6°至8°之间。由此能够在实现远距离测温的同时实现更准确地测量待测物的温度。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述红外传感芯片可以通过球栅阵列封装工艺(Ball Grid Array Package，BGA)封装于所述电路板。此时，所述封装体可以完全封装所述红外传感芯片，提高测温精度。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述红外测温模组还包括容纳在所述 外壳内的热敏电阻，所述热敏电阻设置于所述电路板上并且与所述电路板电连接。在此，通过使用热敏电阻能够补偿电路板的温度，使得测量结果更加准确。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述处理器可以设置于所述电路板上并容纳在所述外壳内。备选的，所述处理器可以设置在所述外壳之外并通过连接器与所述电路板电连接，从而能够减小所述红外测温模组的体积。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述电路板上可以设有开槽或者穿通的开孔，所述红外传感芯片设置于所述开槽或穿通的开孔中并通过导线与所述电路板电连接。由此，在保证所述红外传感芯片与所述红外镜头的距离满足镜头后焦距需求的同时能够减少所述红外传感芯片所占用的空间位置，降低所述红外测温模组的整体高度，进而使得所述红外测温模组能够用于小型终端设备、例如手机中。

在本发明的红外测温模组的一些实施例中，所述红外测温模组还可以包括补强板，所述补强板被贴附于所述电路板底部，从而能将所述电路板工作时产生的热量导出。由此能够避免所述红外测温模组内温度升高，影响所述红外传感芯片的精度；此外还能够保证所述电路板不会因温度过高而产生变形，进而保证所述红外传感芯片的平整度和所述电路板良好电性。

为了实现本发明的目的，本发明第二方面提供一种终端设备，该终端设备包括根据本发明第一方面的红外测温模组、输入模组和显示模组，所述输入模组和所述显示模组与所述红外测温模组连接。其中，所述输入模组配置用于输入测温指令并传送至所述红外测温模组；所述红外测温模组配置用于接收所述测温指令并响应于所述测温指令进行温度测量，并将测得的温度值传送至所述显示模组；所述显示模组配置用于接收并显示所述温度值。

在本发明的终端设备的一些实施例中，所述终端设备可以为移动终端设备，例如手机。

由于本发明第一方面提供的红外测温模组尺寸或体积较小且具有较远的测温距离，因此能够有利地集成在终端设备、尤其是移动终端中，而不会过多地增加终端设备的尺寸或体积，便于用户进行温度测量。

为了实现本发明的目的，本发明第三方面还提供一种温度测量方法，该温度测量 方法应用于根据本发明第二方面的终端设备。所述温度测量方法包括：

在输入模组上接收测温指令；

红外测温模组响应于所述测温指令进行温度测量并将测得的温度值传送至显示模组；

在显示模组上显示所述温度值。

根据本发明第一方面提供的红外测温模组的特征和优点同样适用于本发明第二方面提供的终端设备和本发明第三方面提供的温度测量方法，反之亦然。

下面将结合附图更详细地阐述本发明的各个实施例，其中：

图1为按照本发明的红外测温模组的第一实施例的示意性结构图；

图2为按照本发明的一种红外传感芯片的示意性结构图；

图3为图2所示的红外传感芯片的沿着光轴看的示意性俯视图；

图4为按照本发明的封装体的一种封装方式的示意图；

图5为按照本发明的封装体的另一种封装方式的示意图；

图6为按照本发明的另一种封装体的示意性结构图；

图7为按照本发明的红外测温模组的第二实施例的示意性结构图；

图8为按照本发明的红外测温模组的第三实施例的示意性结构图；

图9为按照本发明的红外测温模组的第四实施例的示意性结构图；

图10为按照本发明的一种终端设备的结构框图；

图11为按照办本发明的一种温度测量方法的示意流程图。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

图1示出按照本发明的红外测温模组100的第一实施例的示意性结构图。红外测温模组100包括外壳110、红外镜头120、红外传感芯片130、电路板140和处理器(MCU)150。红外传感芯片130和处理器150与电路板电140连接。红外镜头120将红外辐射光线聚焦于红外传感芯片130上，至少红外镜头120和红外传感芯片130被容纳在外壳110内。红外测温模组100还包括可透红外光的用于封装红外传感芯片130的封装体160。在此，MCU处理器150用于接收红外传感芯片130传送来的电压信号，并转换成数字信号再传送至例如手机的显示模组。MCU处理器150的底部设置有引脚，MCU处理器150通过该引脚与电路板140电连接以实现导通。

通过按照本发明的红外测温模组100，被测物体产生的红外辐射光线可以透过红外镜头120，通过红外镜头120的汇聚作用将红外辐射光线聚焦于红外传感芯片130，红外传感芯片130可以探测到聚焦于此的红外辐射光线并产生相应的电压信号传送给MCU处理器150处理，MCU处理器150接收电压信号并转换成数字信号再传送出去，因此能够测量更远距离的物体的温度，距离可以达到15～25cm，用户在测量温度时不用贴近被测物体，从而大大提高了用户体验。

在图1所示的实施例中，MCU处理器150被直接设置于电路板140上并与电路板140电连接。在此，红外镜头120、红外传感芯片130和MCU处理器150均被设置于外壳110内，以便保护红外测温模组100的各个组件不受污染以及确保在运输过程中不会造成红外测温模组100的损坏。

图1所示的外壳110呈“L”型并具有彼此垂直的第一臂段111和第二臂段112。 其中，红外镜头120被容纳在第一臂段111内，电路板140被容纳在第二臂段112内。“L”型的外壳能够特别有利地减小红外测温模组所占用的体积。当然，外壳110也可以具有其他形状，以容纳红外测温模组100中的各个组件，本发明对此不做限制。

在此，红外镜头120被设置于红外测温模组100的顶部，用于将待测物的红外辐射光线进行聚焦。如图1所示，红外镜头120位于外壳110的顶端113，使得红外镜头120的顶面121暴露在外部并且与外壳110的顶端113齐平，以保证足够的红外辐射光线可以进入红外镜头，而不会被外壳所遮挡。在此，在外壳的内侧壁114上设有两个凸出部115和116，例如在红外镜头120的正下方，以便为其提供支撑，方便将所述红外镜头120固定于外壳110的顶端113。

在一些实施例中，红外镜头120可以为玻璃镜片，无温度漂移。特别的，红外镜头120可以硅红外透镜，硅红外透镜折射率高，色散小，在可见光波段不透光，但在红外光波段具有良好的透过率，因此被测物体产生的红外辐射可以透过红外镜头120并聚焦于红外传感芯片130。

由于本发明的红外测温模组100用于远距离测温，为使得待测物的温度测量更加准确，在一些实施例中可以采用视场角为6°至8°之间的红外镜头。例如，红外镜头的视场角可以为7.6°。

在本发明中，通过红外镜头将被测物体产生的红外辐射光线汇聚到红外传感芯片的感光区内，能够实现较远距离的温度测量。根据公式FOV＝H/EFL，其中FOV为视场角，H为相面，EFL为焦距，由于红外传感芯片的感光区面积为固定的，为使红外镜头的视场角减小，需要增加红外镜头的焦距。为了使红外传感芯片130能够接收到红外辐射光线，红外镜头120到红外传感芯片130的距离需要满足红外镜头焦距的需求。优选的，红外镜头120到红外传感芯片130的距离不大于2.94mm。由于红外测温模组100的高度主要取决于红外镜头120到红外传感芯片130之间的距离，因此红外测温模组100的高度不高于4.55mm。由此特别有利于将该红外测温模组100设置于手机等小型终端设备中。

红外传感芯片130例如可以为热电堆传感器芯片，能够快速响应将接收的光信号转化为电信号，主要用于接收被测物体温度产生的红外辐射光线。如图1所示，红外 传感芯片130被设置于红外镜头120的正下方，即保持红外传感芯片130的光轴X1与红外镜头120的光轴X2基本重合，以便保证由红外镜头120聚焦的红外辐射光线能够最大限度地被红外传感芯片130接收。

在图1所示的实施例中，红外传感芯片130通过导线141与电路板140电连接。

在一些实施例中，如图2和图3所示，红外传感芯片130具有近物侧的面向红外镜头120的第一表面131和靠近像侧的面向电路板140的第二表面132。此外，红外传感芯片130包括感光区133和位于该感光区133四周的包围该感光区133的非感光区134，即非感光区134为环形区域包围感光区133。在此，感光区133和非感光区134位于红外传感芯片130的第一表面131并与红外镜头120相对。

在红外测温模组工作时，红外传感芯片130的感光区133在接收红外光照射时温度会升高，所产生的热量会传导至非感光区134，导致非感光区134温度升高，从而影响红外传感芯片130的精度。因此，在图2和图3所示的实施例中，为了避免由于热量传导而影响红外传感芯片130的精度，在红外传感芯片130的下部设置有空腔135，即该空腔135位于红外传感芯片130的第二表面(即背对感光区133的一侧)132并与电路板140相对设置，空腔135在朝向电路板140的一侧具有开口。特别是，所述空腔135内保持真空状态，使得感光区133产生的热量传导到空腔135内后不会继续传导到非感光区134。

进一步的，如图3的俯视图所示，沿红外传感芯片130的光轴X1看，空腔135的面积S1大于感光区133的面积S2并且小于红外传感芯片130的面积S3。在一些实施例中，空腔135的面积S1与红外传感芯片130的面积S3的比例可以处于0.1至1的范围内。在一些实施例中，空腔135的面积S1与感光区133的面积S2的比例可以处于4至6的范围内。在一个具体的示例中，空腔135的面积S1与红外传感芯片130的面积S3的比例为0.37，空腔135的面积S1与感光区133的面积S2的比例为5.4。

进一步的，如图2所示，空腔135沿光轴X1的厚度H1与红外传感芯片130沿光轴X1的厚度H2的比例H1/H2可以处于0.7-0.9的范围内。在一个具体的示例中，空腔135沿光轴X1的厚度H1与红外传感芯片130沿光轴X1的厚度H2的比例H1/H2为0.88。

此外，在非感光区134的表面可以涂覆有不透光材料或遮光物质，例如涂覆有一层黑体，以避免非感光区134接触红外辐射光线。

进一步的，如图2所示，在红外传感芯片130的第二表面132与电路板140之间设有基板170，红外传感芯片130通过该基板170设置电路板140上，避免了红外传感芯片130与电路板140直接接触，进而避免了电路板140在工作时产生的热量对红外传感芯片130的精度造成影响。

进一步的，如图4所示，红外传感芯片130在惰性气体环境中由可透光的封装体160进行封装，即，通过封装体160将红外传感芯片130封装于惰性气体中，由此能够避免红外传感芯片130在工作中由于能量损失而造成精度降低。例如，在一种可简单实现的实施例中，封装体160可以在朝向感光区133的一侧设有凹槽161，在该凹槽161内充满惰性气体，封装体160利用其凹槽161至少将红外传感芯片130的感光区133封装在惰性气体环境中。

封装体160的材料可以为硅或者其他可透光材料，本发明对此不做限制。封装体160中的气体可以为氮气或其他惰性气体，本发明对此不做限制。

在一些实施例中，如图4所示，封装体160仅将红外传感芯片130的感光区133封装于惰性气体环境中，封装体160设置在红外传感芯片130的非感光区134上。在另一些实施例中，如图5所示，封装体160也可以封装整个红外传感芯片130，即封装体160包围红外传感芯片130的感光区133和非感光区134，使整个红外传感芯片130封装于惰性气体环境中。

在此，通过利用封装体160将红外传感芯片130进行封装，一方面能够将红外传感芯片置于惰性气体环境内，避免影响其精度，另一方面能够保护红外传感芯片不受外界的灰尘污染。

在其他实施例中，如图6所示，也可以通过BGA(球栅阵列封装将红外传感芯片130封装于电路板140，从而将红外传感芯片130与电路板140导通，从而不需要如图1所示的那样通过导线将红外传感芯片与电路板导通。封装体160完全封装红外传感芯片130，提高测温精度。在确定了红外传感芯片130的第一表面131与红外透镜120的距离之后，为了进一步减小整个红外测温模组的高度，使红外传感芯片130的第一 表面131到BGA球162的底面的厚度H3不大于0.39mm。

此外，红外测温模组100还可以包括容纳在外壳110内的热敏电阻180，该热敏电阻设置于电路板140上并且与电路板140电连接。热敏电阻用于电路板的温度补偿，使得测量结果更加准确。热敏电阻180的底部设置有引脚，热敏电阻180通过该引脚与电路板140进行导通。进一步的，热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度显著变化这一特性制成的热敏元件，在一定的温度范围内，根据测量热敏电阻阻值的变化，便可知被测介质的温度变化。因此，电路板在工作时会产生热量，热敏电阻通过电阻值反应电路板工作时的温度值，从而避免线路板的温度值对待测物体的温度值产生误差干扰。

进一步的，红外测温模组100还可以包括补强板190，该补强板被贴附于电路板140的底部，能够将电路板工作时产生的热量传导出去，避免红外测温模组100温度升高，影响红外传感芯片130的精度。另外也能够保证电路板140不会因温度过高而产生变形，进而保证红外传感芯片130的平整度和电路板良好电性。补强板190的材料可以为金属材料，本发明在此不做限制。

图7示出按照本发明的红外测温模组100的第二实施例的示意性结构图。与图1所示的第一实施例不同的是，MCU处理器150设置于外壳110的外部并通过连接器与电路板140电连接。例如，将电路板140向外壳110外延伸出一软板或转接板作为连接器，该软板或转接板与显示模组电连接。MCU处理器150被设置于红外测温模组100外部的转接板上并与电路板140导通，以将测得的温度在显示模组上显示。通过将尺寸较大的MCU处理器150设置在外壳110之外，能够减小红外测温模组110的体积，便于将红外测温模组集成在小型终端设备中。

图8示出按照本发明的红外测温模组100的第三实施例的示意性结构图。与图1和图2所示的实施例不同的是，电路板140上设有开槽142，红外传感芯片130被设置于开槽142中并通过导线141与电路板140导通，保证了红外传感芯片与红外镜头的距离满足镜头后焦距需求的同时进一步减少红外传感芯片所占用的空间位置，降低红外测温模组的整体高度，由此更加有利于将红外测温模组集成在小型终端设备中。此外，由于电路板140的开槽142处仍然与电路板处于连接状态，即开槽142为盲孔，此时可以将红外传感芯片130贴附于电路板140上，有利于保持红外传感芯片和电路 板的平整度。

图9示出按照本发明的红外测温模组100的第四实施例的示意性结构图。与图8所示的实施例不同的是，电路板140上设有穿通电路板的开孔143，红外传感芯片130被嵌入该开孔143中并通过导线141与电路板140导通。在此设置补强板190是特别有利的，以便将红外传感芯片130支撑在开孔143中。补强板190被设置于电路板和红外传感芯片的底部，用于支撑红外测温模组。优选的，补强板190由金属材质制成，从而能够将电路板和红外传感芯片产生的热量传递至红外测温模组的外部。

相比于图8所示的实施例，在图9所示的实施例中，在红外传感芯片130与红外镜头120的距离满足镜头后焦距的需求的情况下，由于红外镜头的后焦是不变的，即红外镜头到红外传感芯片的距离是不变的，通过将红外传感芯片130设置于电路板140的开孔143中，使得红外传感芯片130进一步下沉于并贴附于补强板190上，能够进一步减小红外测温模组的高度，同时也能够简化红外测温模组的结构。

本发明还涉及一种终端设备1000，如图10所示，该终端设备包括上述红外测温模组100、输入模组200和显示模组300。输入模组200和显示模组300与红外测温模组100通信连接。输入模组200配置用于输入测温指令并传送至红外测温模组100。红外测温模组100配置用于接收测温指令并响应于测温指令进行温度测量，并将测得的温度值传送至显示模组300。在此，红外测温模组100通过内部测量和转化得到数字信号，该数字信号被传送至显示模组，得到待测物所测量的温度。显示模组300配置用于接收并显示所述温度值。

在此，终端设备可以是移动终端设备，尤其是小型终端设备、例如手机。

由于按照本发明的红外测温模组尺寸较小并且能够实现15～25cm的测温距离，因此特别有利于集成到小型终端设备、例如手机中。例如，可以通过手机的前置摄像模组配合红外测温模组进行温度测量，即，前置摄像头模组用于辅助定位人脸位置，然后通过算法使得红外测温模组进一步确定进行测温的额头所在位置，从而实现待测物的测温部分位于红外测温模组的成像区内，保证测温准确性。

本发明还涉及一种应用于图10所示的终端设备1000的温度测量方法，如图11所示，该温度测量方法包括下列步骤：

步骤S1100，在输入模组200上接收测温指令。在该步骤中，用户在输入模组200、例如手机的触摸显示屏上输入测温指令，然后由输入模组200传送至红外测温模组100，例如红外测温模组100的MCU处理器150。

步骤S1200，红外测温模组100响应于所述测温指令进行温度测量并将测得的温度值传送至显示模组300。在该步骤中，MCU处理器150接收到测温指令并将测温指令传送至红外传感芯片130；红外传感芯片130接收到测温指令后开始接收透过红外镜头120聚焦到红外传感芯片的红外辐射光线，并产生相应的电压信号传送给MCU处理器进行处理；MCU处理器150接收红外传感芯片传送来的电压信号，并转换成数字信号再传送至显示模组300。

步骤S1300，在显示模组300上显示所述温度值。显示模组300例如为手机的触摸显示屏。

本发明提供的终端设备和温度测量方法的其他实施例和优点可参考对本发明提供的红外测温模组的相关描述，在此不再赘述。

以上在说明书、附图以及权利要求书中提及的特征或者特征组合，只要在本发明的范围内是有意义的并且不会相互矛盾，均可以任意相互组合使用或者单独使用。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。