So spezifizieren Sie ein Wärmebildobjektiv: 7 Parameter, die Käufer bestätigen sollten

Eine Wärmebildkamera erzeugt kein Bild auf die gleiche Weise wie eine herkömmliche Kamera mit sichtbarem Licht. Es erkennt Infrarotstrahlung innerhalb eines definierten Spektralbandes und wandelt das empfangene Signal in ein Wärmebild um. Das Objektiv muss für diesen Wellenlängenbereich ausgelegt und auf den Detektor und die vorgesehene Anwendung abgestimmt sein.

Für Käufer besteht die Herausforderung darin, dass eine Wärmebildobjektivspezifikation mehrere Parameter enthalten kann, die ihnen bekannt vorkommen – Brennweite, Blendenzahl, Sichtfeld und Fokusbereich – sowie Anforderungen, die spezifisch für die Infrarotbildgebung sind. Die alleinige Auswahl eines Objektivs anhand der Brennweite kann zu einer Baugruppe führen, die nicht die erwartete Abdeckung, Empfindlichkeit oder mechanische Passform bietet.

In diesem Leitfaden werden sieben Parameter beschrieben, die es wert sind, bei der Beschaffung von Produkten überprüft zu werdenWärmebildobjektivfür Sicherheit, industrielle Überwachung, Inspektion oder andere Infrarotanwendungen.

1. Bestätigen Sie das Detektorformat und den Pixelabstand

Beginnen Sie nach Möglichkeit mit dem Detektormodell. Identifizieren Sie mindestens die Detektorauflösung, den aktiven Bereich und den Pixelabstand. Gängige thermische Detektorkonfigurationen umfassen unterschiedliche Pixelzahlen und Pixelabstände, und die Linse muss einen Bildkreis und eine optische Leistung bieten, die für den Detektor geeignet sind.

Der Pixelabstand ist der Abstand zwischen benachbarten Detektorpixeln. Sie ist für die räumlichen Details relevant, die das System abtasten kann, bestimmt jedoch nicht unabhängig die endgültige Bildauflösung. Auch optische Leistung, Fokus, Signalverarbeitung, atmosphärische Bedingungen und Zielkontrast spielen eine Rolle.

Eine für ein Detektorformat ausgelegte Linse deckt möglicherweise keinen größeren aktiven Bereich ab. Umgekehrt kann eine Linse den Detektor physisch abdecken, an den Rändern jedoch nicht die erforderliche Bildqualität liefern.

Geben Sie bei der Angebotsanfrage das genaue Detektormodell oder dessen Datenblatt an. Dies ermöglicht es dem Optiklieferanten, die Kompatibilität zu bewerten, anstatt sich nur auf eine Beschreibung wie „640 × 512-Wärmebildkamera“ zu verlassen.

2. Geben Sie das Spektralband und die optischen Materialien an

Wärmebildobjektive müssen die für den Detektor und die Anwendung relevante Infrarotstrahlung übertragen. Das langwellige Infrarotband (LWIR) wird üblicherweise mit Wärmebildsystemen in Verbindung gebracht, der erforderliche Spektralbereich sollte jedoch anhand der Detektor- und Systemspezifikationen bestätigt und nicht angenommen werden.

Für Kameras mit sichtbarem Licht geeignete optische Materialien sind nicht automatisch für jede Infrarotwellenlänge geeignet. Für das vorgesehene Spektralband müssen Materialdurchlässigkeit, Beschichtungen, Oberflächenschutz und Umgebungsanforderungen berücksichtigt werden.

Klären Sie den erforderlichen Wellenlängenbereich und ob das Objektiv eine Antireflexionsbeschichtung oder ein schützendes Frontelement enthalten muss. Wenn die Kamera im Freien betrieben wird, erkundigen Sie sich, wie die freiliegende optische Oberfläche geschützt wird und welche Reinigungs- oder Handhabungsbeschränkungen gelten.

Gehen Sie nicht davon aus, dass „Infrarotlinse“ eine einzige austauschbare Produktkategorie beschreibt. Nahinfrarot-Bildgebung und langwellige Wärmebildgebung stellen unterschiedliche optische Anforderungen. Das genaue Band ist eines der ersten Details, die ein Lieferant bestätigen sollte.

3. Wählen Sie die Brennweite basierend auf der Zielentfernung und der Abdeckung

Brennweite und Detektorabmessungen bestimmen zusammen den Sichtwinkel. In der Praxis hängt die Wahl davon ab, wie viel von der Szene die Kamera abdecken muss und wie weit das Ziel entfernt sein wird.

Eine kürzere Brennweite bietet im Allgemeinen ein größeres Sichtfeld auf demselben Detektor, was für die Bereichsüberwachung nützlich sein kann. Eine längere Brennweite verengt die Sicht und kann mehr Pixel auf ein entferntes Ziel platzieren, sofern das optische System und die atmosphärischen Bedingungen die erforderlichen Details unterstützen.

Definieren Sie vor der Auswahl einer Brennweite die Zielentfernung, die Zielgröße, die erforderliche horizontale und vertikale Abdeckung und ob die Kamera sowohl nahe als auch entfernte Objekte beobachten muss. Ein einfaches Szenendiagramm ist oft hilfreich.

Wenn das System ein kleines Objekt in bekannter Entfernung erkennen muss, stellt sich nicht nur die Frage, ob das Ziel im Bild erscheint. Dabei geht es darum, ob das Ziel genügend Detektorpixel mit ausreichendem Kontrast für die beabsichtigte Erkennungs- oder Messaufgabe einnimmt. Dies erfordert möglicherweise eine Bewertung auf Systemebene und nicht nur eine Berechnung der Brennweite.

4. Verstehen Sie die Blendenzahl und ihre Kompromisse

Die F-Zahl beschreibt das Verhältnis zwischen Brennweite und effektivem Blendendurchmesser. Bei der Wärmebildaufnahme kann eine niedrigere Blendenzahl dazu beitragen, dass das optische System mehr Strahlung sammelt, was bei der Erkennung kontrastarmer Ziele oder beim Arbeiten mit einer begrenzten Integrationszeit hilfreich sein kann.

Eine niedrigere F-Zahl ist jedoch keine universelle Lösung. Auch die Komplexität des optischen Designs, die Aberrationskontrolle, die Linsengröße, die Kosten, die Fokustoleranz und die Bildqualität im gesamten Feld müssen berücksichtigt werden. Der Detektor, die Elektronik, der Kalibrierungsprozess und die Betriebsbedingungen beeinflussen das endgültige Wärmebild.

Bestätigen Sie beim Vergleich geeigneter Objektive die F-Zahl sowie das erforderliche Spektralband, den Detektor, die Brennweite und das Sichtfeld. Vermeiden Sie den Vergleich von Blendenzahlen, ohne zu prüfen, ob die Produkte für die gleichen Systemanforderungen gedacht sind.

Die geeignete Blende ist diejenige, die den Empfindlichkeits- und Bildqualitätszielen innerhalb der Projektgröße, Kosten und Fertigungsbeschränkungen entspricht.

5. Definieren Sie den Fokusbereich und den minimalen Arbeitsabstand

Eine Wärmebildkamera kann zur Fernüberwachung, Nahinspektion oder einer Kombination aus beidem verwendet werden. Der erforderliche Fokusbereich sollte daher explizit angegeben werden.

Einige Anwendungen konzentrieren sich auf oder nahe der Unendlichkeit, während andere Geräte oder Komponenten aus kürzeren Entfernungen prüfen müssen. Ein für einen Bereich optimiertes Objektiv liefert in einem anderen möglicherweise keine akzeptable Leistung. Vor der Auswahl der Baugruppe sollten der Mindestfokusabstand, der Fokussierungsmechanismus und die Möglichkeit der Fokuseinstellung bestätigt werden.

Wenn die Kamera hinter einem Schutzfenster installiert wird, beziehen Sie das Fenster in die Systembesprechung ein. Material, Dicke und Platzierung können je nach Spektralband und Design die Übertragung oder die optische Leistung beeinflussen.

Geben Sie die kürzesten und entferntesten Zielentfernungen an und legen Sie fest, ob der Fokus vor Ort einstellbar oder während der Montage festgelegt werden muss. Diese Details sind besonders wichtig für OEM-Geräte, bei denen das Objektiv in ein abgedichtetes oder kompaktes Gehäuse integriert wird.

6. Bestätigen Sie Sichtfeld, Verzerrung und Bildabdeckung

Eine thermische Linse sollte im Hinblick auf das erforderliche Sichtfeld und den Teil des Detektors, der nutzbar bleiben muss, bewertet werden. Der Nennwinkel ist nur ein Teil des Bildes.

Die relative Beleuchtung, Verzerrung und optische Leistung im gesamten Feld können Einfluss darauf haben, wie gleichmäßig Ziele von der Mitte bis zu den Rändern erscheinen. Für Anwendungen mit Messung, Verfolgung oder automatisierter Analyse können Verzerrungsverhalten und Kalibrierung besonders wichtig sein.

Wenn die Kamera einen bestimmten Korridor, eine Maschine, einen Schaltschrank oder einen Außenbereich abdecken muss, geben Sie die Abmessungen der Szene und den Abstand zwischen Kamera und Ziel an. Fragen Sie nach dem horizontalen und vertikalen Sichtfeld und nicht nur nach dem Diagonalwert, wenn die Anwendung ein definiertes Seitenverhältnis hat.

Klären Sie auch, ob die Kamera zur qualitativen Beobachtung, zur automatisierten Erkennung oder zur Temperaturmessung eingesetzt wird. Diese Aufgaben können unterschiedliche Anforderungen an das gesamte Bildgebungssystem stellen. Eine Objektivspezifikation sollte an das beabsichtigte Ergebnis gebunden sein und nicht nur an einer Liste optischer Zahlen.

7. Überprüfen Sie die Umgebungs-, mechanischen und Produktionsanforderungen

Wärmebildobjektive werden häufig in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt, beispielsweise bei der Überwachung im Freien, bei industriellen Inspektionen und bei Geräten, die in einem breiten Temperaturbereich betrieben werden. Geben Sie die erwarteten Betriebstemperaturen, Feuchtigkeitseinwirkung, Vibrationen, Staubschutz und alle relevanten Dichtungsanforderungen an.

Die mechanische Integration verdient die gleiche Aufmerksamkeit. Bestätigen Sie die Montageschnittstelle, den Linsendurchmesser, die Gesamtspurlänge, die Detektorposition, den verfügbaren Platz und die Methode zur Fokuseinstellung. Wenn das Design ein schützendes Frontelement oder Fenster umfasst, klären Sie dessen Rolle und erforderliche Eigenschaften.

Geben Sie bei OEM-Projekten die erwartete Prototypenmenge, das geschätzte Jahresvolumen, die angestrebten Stückkosten und den Projektzeitplan an. Mithilfe dieser kommerziellen Eingaben kann der Lieferant entscheiden, ob ein Standardobjektiv geeignet ist oder ein kundenspezifisches Design bewertet werden sollte.

Definieren Sie abschließend, wie die Proben bewertet werden. Der Detektor, das Objektiv, die Kalibrierung und die Testumgebung sollten mit der beabsichtigten Verwendung übereinstimmen. Vereinbaren Sie vor der Freigabe der Massenproduktion den Testabstand, das Fokusverfahren, die Zielbedingungen und die Abnahmekriterien.

Fazit: Spezifizieren Sie das gesamte Wärmebildsystem

Die Wahl eines Wärmebildobjektivs erfordert mehr als nur die richtige Brennweite oder Blendenzahl. Detektorformat, Pixelabstand, Spektralband, Sichtfeld, Fokusbereich, optische Leistung, mechanische Einschränkungen und Betriebsumgebung beeinflussen alle, ob das Objektiv geeignet ist.

Ein vollständiges Detektordatenblatt, Informationen zur Zielentfernung, Anforderungen an den Einsatzort und eine mechanische Zeichnung bieten eine viel bessere Grundlage für die Bewertung als eine kurze Anfrage nach einer „Wärmelinse“.

Boshi Optics, Teil vonShanghai Silk Optical Technology Co., Ltd.bietet optische Produkte für Bildgebungsanwendungen, einschließlich Optionen für Wärmebildlinsen und kundenspezifischer optischer Entwicklung. Wenn Sie ein Objektiv für eine neue Wärmebildkamera beschaffen, teilen Sie uns das Detektormodell, das Spektralband, das erforderliche Sichtfeld, den Fokusbereich und die verfügbaren mechanischen Abmessungen mit.

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