任何被测物体表面的某一点温度，总是由沿表而的传导热、向空间的辐射热和对流热等部分组成，由波动光学可知波长携带的能量由波幅来体现.辐射波离开源头以后，尽管波长不变，但是波幅已经下降，沿表面的传导波也是如此。又因为离开了源头，仅仅测定了辐射波，而辐射波是离开被测表面的波，不能表达温度变化的真实波长。在点温仪的光学系统中，被测表面上某点发散的球面波先通过透镜转化成为会聚的球面波，然后再次利用凸透镜的汇聚作用二次成像，实质上是利用点像望远镜原理形成像面，同时用光纤对准接收像面上的一点，由于这一点不同的温度对应着不同的光潜，而且同一温度的光谱中必定有一个峰值波最先进入接收器。温度的微小变化都会引起这一峰值波的微小改变，采用光学检波器可检出这一波长。
在物体内部和表面，热有3种运动形式。根据傅里叶三维均匀热运动理论可以证明，在固体各表而为了维持它们的温度时其内部不可能发生变化。实际上在同一温度下，不同材料的物体，其辐射热和表面传导热是一个定值，而热和波是同时向外传播的。基于波动光学理论，由惠更斯原理可知，在近轴区内的一个物点发出的球面波经过光学系统后仍然是一球面波，由于衍射现象的存在.会造成一定的波像差，成像前后只是相位发生变化。透镜成像前后，由于波长的不变性，可以运用类似于望远镜原理设计镜头，通过检取不同的波长来确定不同的温度，而不必考虑物体发射率问题，并且配合特别的器件可以实现点温测量与距离无关。
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