IR-optik

Vilken IR-optik, d.v.s IR-objektiv, som en termisk kamera använder är avgörande för vilka egenskaper den kommer att få. När det gäller optik fungerar en infraröd kamera som en vanlig digital kamera. Men att vara väl bevandrad i optiktermer och olika kameraspecifikationer är inte en självklar kunskap. Därför ska vi här försöka reda ut de vanligaste termerna som du kan hitta i specifikationer och beskrivningar av IR-objektiv.

Material för IR-optik

Glass blockerar värmestrålning i det infraröda området så det är ett olämpligt material för IR-optik. Eftersom det material man vill använda i en IR-lins effektivt skall kunna släppa igenom den infraröda-strålningen till kamerans detektor för att få en högkvalitativ och skarp bild. Germanium är det mest effektiva materialet för att överföra infraröd energi. Men man tillsätter även andra material som till exempel kisel eller zinkselenid för att få önskade egenskaper.

Fokus & brännvidd

När man bedömer prestandan hos en termisk kamera är dess förmåga att fokusera på ett objekt av grundläggande betydelse. Eftersom bilden behöver vara välfokuserad för att kameran ska kunna göra en noggrann detektering. En vanlig specifikation som bestämmer linsens fokus är brännvidd. Brännvidd är avståndet mellan optiken och fokalpunkten (brännpunkten). Objektet kommer att vara i fokus när avståndet mellan optiken och sensorn är detsamma som brännvidden.

ir-optik

Tillverkare har olika linser baserad på brännvidd. Vanliga linser är:

• Teleobjektiv – linsens fysiska storlek är kortare än dess brännvidd. Ett teleobjektiv är ditt val om du vill mäta med hög precision på små objekt som är lokaliserade långt bort.
• Normalobjektiv – en bild skapad av linsen ligger nära vad det mänskliga ögat kan se.
• Vidvinkelobjektiv – linsen producerar en scen som är bredare än normalt syn; lins med ett synfält större än 150 ° kallas “fisköga”. Ett vidvinkelobjektiv är särskilt passande att använda när man vill ha en översiktsbild av temperaturen på en stor yta.

F-nummer (ƒ/#)

F-nummer (f/#) är förhållandet mellan brännvidd och diameter på kamerans ir-lins. Det är ljusmängden – eller när det gäller IR-optik, mängden energi – som når detektorn. Detta nummer talar om för dig hur skarp bilden kommer att bli.

Fnummer brännvidd

Ett lägre ƒ/# -värde betyder större lins och större ”öppning” (bländare) vilket resulterar i ökad ljuskänslighet, dvs att mer infraröd strålning når detektorn. För infraröda kameror ökar bildkontrasten och tydligheten i bilden med ett lägre ƒ/# -värde, vilket också resulterar i högre detekteringsavstånd.

Ett högre ƒ/# -värde betyder mindre linser och, enligt ovanstående resonemang, sämre ljuskänslighet. Men mindre storlek har den fördelen att det gör kameran mer kompakt och billigare eftersom kostnaden för linser är en stor del av en termisk kamera.

I de tekniska specifikationerna för infraröda kameror kan du hitta ordet ”Aperture” (bländare) när det gäller ƒ/#-värdet. Bländare är ju benämningen på den öppning som släpper in ljus i kameran.

Bra prestanda på IR-objektivet är viktigt

Ett IR-objektiv är en av de viktigaste delarna på en termisk kamera. Det innebär att inte bara ir-detektorn utan även prestanda för det använda IR-objektivet kommer att påverka kamerans förmåga att ge kvalitativa bilder. Att definiera en produkts kvalité är ofta inte så enkelt som att bara sätta en enda parameter eller nummer.

För att få god termisk upplösning ska IR-objektivet:

• vara anpassat och optimerat för det spektralområde det skall mäta. Beroende på spektralområde använder man olika IR-transparenta material vid tillverkningen av ir-linsen.

MTF ir-optik

• ge maximal transparens (genomsläpplighet) av det mäta objektets strålningsenergi, se ovan rubrikerna ”Fokus & brännvidd” och ”f-nummer”.

• ha en MTF så nära 1 som möjligt. En moduleringsöverföringsfunktion (MTF) kvantifierar hur väl en bilds ljusstyrkevariationer bevaras när de passerar genom en kameralins. En MTF på 1.0 innebär att linsen har ett perfekt återgivande av kontraster, medan värden mindre än 1 innebär att mer och mer kontrast förloras – tills en MTF på 0, där linjepar inte längre kan särskiljas.

vinjettering ir-optik
   Vinjettering

• minimera s.k. vinjettering. Vinjettering är ett avbildningsfel som innebär att mitten av bilden är skarpare, mer mättad, än ytterkanterna av bilden.

distorsion ir-kamera
                         Distorsion

• ha minimal distorsion, eller om man utrycker det enklare att raka linjer i bilden inte blir böjda.

• ha god ”athermalization”, dvs god opto-termisk stabilitet som innebär att de optiska egenskaperna inte förändrar sig med variationer i temperaturen.

Läs vidare

  1. Hur fungerar en värmekamera
  2. IR-detektor
  3. Pixel och Pitch – detektorupplösning
  4. Termisk känslighet – (NETD)
  5. Field of view” – bildvinkel
  6. IR-Optik (denna sida)
  7. Bildhastighet (frame-rate)