熱画像レンズの指定方法: 購入者が確認すべき 7 つのパラメータ
サーマルカメラは、従来の可視光カメラと同じ方法では画像を形成しません。定義されたスペクトル帯域内の赤外線を検出し、受信した信号を熱画像に変換します。レンズはその波長範囲に合わせて設計され、検出器および意図された用途に適合する必要があります。
購入者にとっての課題は、熱レンズの仕様には、赤外線イメージングに特有の要件に加えて、焦点距離、F 値、視野、焦点範囲など、見慣れたいくつかのパラメータが含まれる可能性があることです。焦点距離だけでレンズを選択すると、期待されるカバー範囲、感度、または機械的なフィット感が得られないアセンブリになる可能性があります。
このガイドでは、製品を調達する際に確認する価値のある 7 つのパラメータについて概説します。熱画像レンズセキュリティ、産業用監視、検査、またはその他の赤外線アプリケーション用。
1. 検出器のフォーマットと画素ピッチを確認する
可能な限り検出器モデルから始めます。少なくとも、検出器の解像度、アクティブ領域、ピクセル ピッチを特定します。一般的な熱検出器の構成にはさまざまなピクセル数とピクセル ピッチが含まれており、レンズは検出器に適したイメージ サークルと光学性能を提供する必要があります。
ピクセル ピッチは、隣接する検出器ピクセル間の間隔です。これは、システムがサンプリングできる空間の詳細に関連しますが、最終的な画像解像度を独立して決定するわけではありません。光学性能、焦点、信号処理、大気条件、ターゲットのコントラストも重要です。
1 つの検出器フォーマット用に設計されたレンズは、より広い有効領域をカバーできない場合があります。逆に、レンズは検出器を物理的に覆っていても、エッジで必要な画質を提供できない場合があります。
見積もりをリクエストするときは、正確な検出器モデルまたはそのデータシートを提供してください。これにより、光学サプライヤーは、「640 × 512 サーマル カメラ」などの説明のみに依存するのではなく、互換性を評価できるようになります。
2. スペクトル帯域と光学材料を指定します。
熱画像レンズは、検出器およびアプリケーションに関連する赤外線を透過する必要があります。長波赤外線 (LWIR) 帯域は一般に熱画像システムに関連付けられていますが、必要なスペクトル範囲は仮定ではなく検出器とシステムの仕様から確認する必要があります。
可視光カメラに適した光学材料は、すべての赤外線波長に自動的に適しているわけではありません。対象とするスペクトル帯域では、材料の透過率、コーティング、表面保護、および環境要件を考慮する必要があります。
必要な波長範囲と、レンズに反射防止コーティングや前面レンズの保護を含める必要があるかどうかを明確にします。カメラが屋外で動作する場合は、露出した光学面がどのように保護されているか、またどのような清掃や取り扱いの制限が適用されるかを尋ねてください。
「赤外線レンズ」が単一の交換可能な製品カテゴリを表すものであると想定しないでください。近赤外線イメージングと長波熱イメージングには異なる光学要件があります。正確なバンドは、サプライヤーが最初に確認すべき詳細の 1 つです。
3. ターゲットの距離とカバー範囲に基づいて焦点距離を選択します
焦点距離と検出器の寸法によって視野角が決まります。実際には、カメラがシーンのどの程度をカバーする必要があるか、ターゲットがどれくらい離れているかによって選択が決まります。
一般に、焦点距離が短いほど同じ検出器の視野が広くなり、エリアの監視に役立ちます。光学システムと大気条件が必要な詳細をサポートしている場合、焦点距離が長くなると視野が狭くなり、遠くのターゲット全体により多くのピクセルを配置できます。
焦点距離を選択する前に、ターゲットの距離、ターゲットのサイズ、必要な水平および垂直の範囲、およびカメラが近くのオブジェクトと遠くのオブジェクトの両方を観察する必要があるかどうかを定義します。多くの場合、単純なシーン図が役に立ちます。
システムが既知の距離にある小さな物体を検出する必要がある場合、問題はその物体が画像に現れるかどうかだけではありません。ターゲットが、意図した検出または測定タスクに十分なコントラストを備えた十分な検出器ピクセルを占有するかどうかです。これには、焦点距離の計算だけではなく、システムレベルの評価が必要になる場合があります。
4. F 値とそのトレードオフを理解する
F 値は、焦点距離と有効開口径の比を表します。熱画像処理では、F 値が低いほど、光学システムがより多くの放射線を収集するのに役立ちます。これは、低コントラストのターゲットを検出したり、限られた積分時間で作業したりする場合に役立ちます。
ただし、F 値を低くすることは普遍的な解決策ではありません。光学設計の複雑さ、収差制御、レンズサイズ、コスト、焦点許容誤差、および分野全体の画質も考慮する必要があります。検出器、電子機器、校正プロセス、および動作条件は、最終的な熱画像に影響を与えます。
候補レンズを比較する場合は、必要なスペクトル帯域、検出器、焦点距離、視野と合わせて F 値を確認してください。製品が同じシステム要件を対象としているかどうかを確認せずに、絞り値を比較することは避けてください。
適切な絞りとは、プロジェクトのサイズ、コスト、製造上の制約内で感度と画質の目標を満たす絞りです。
5. 焦点範囲と最小作動距離を定義します
サーマルカメラは、長距離監視、精密検査、またはその両方の組み合わせに使用できます。したがって、必要な焦点範囲を明示的に記述する必要があります。
無限遠またはその近くに焦点を合わせるアプリケーションもあれば、より短い距離で機器やコンポーネントを検査する必要があるアプリケーションもあります。ある範囲に対して最適化されたレンズが、別の範囲では許容可能なパフォーマンスを提供できない場合があります。アセンブリを選択する前に、最短焦点距離、焦点調節機構、および焦点調整の可能性を確認してください。
カメラを保護窓の後ろに設置する場合は、システムの議論にその窓も含めてください。その材質、厚さ、配置は、スペクトル帯域と設計に応じて、透過率または光学性能に影響を与える可能性があります。
最も近いターゲット距離と最も遠いターゲット距離を提供し、焦点を現場で調整する必要があるか、組み立て中に固定する必要があるかを特定します。これらの詳細は、レンズが密閉またはコンパクトなハウジングに統合される OEM 機器にとって特に重要です。
6. 視野、歪み、画像範囲を確認する
熱レンズは、必要な視野と、使用可能なままにしておく必要がある検出器の部分について評価する必要があります。公称角度は全体像の一部にすぎません。
フィールド全体の相対的な照明、歪み、光学性能は、ターゲットが中心から端までどのように一貫して表示されるかに影響を与える可能性があります。測定、追跡、または自動分析を伴うアプリケーションの場合、歪みの動作と校正が特に重要になる場合があります。
カメラが特定の廊下、機械、電気キャビネット、または屋外エリアをカバーする必要がある場合は、シーンの寸法とカメラからターゲットまでの距離を提供します。アプリケーションにアスペクト比が定義されている場合は、対角値だけでなく、水平および垂直の視野を求めます。
また、カメラを定性観察、自動検出、温度測定のいずれに使用するかを明確にします。これらのタスクは、イメージング システム全体にさまざまな要求を課す可能性があります。レンズの仕様は、単なる光学数値のリストではなく、意図した結果と結び付けられる必要があります。
7. 環境、機械、生産要件を確認する
熱画像レンズは、屋外監視、工業用検査、広い温度範囲で動作する機器など、要求の厳しい環境でよく使用されます。予想される動作温度、湿気への曝露、振動、防塵、および関連するシーリング要件を指定します。
機械的な統合も同様に注目に値します。取付面、レンズ径、全長、検出器の位置、空きスペース、焦点調整方法をご確認ください。設計に保護用の前面要素または窓が含まれる場合は、その役割と必要な特性を明確にします。
OEM プロジェクトの場合は、予想されるプロトタイプの数量、推定年間量、目標単価、およびプロジェクトのスケジュールを提供します。これらの商用情報は、サプライヤーが標準レンズが適切であるか、それともカスタマイズされた設計を評価する必要があるかを判断するのに役立ちます。
最後に、サンプルの評価方法を定義します。検出器、レンズ、校正、およびテスト環境は、使用目的と一致している必要があります。量産承認前に、テスト距離、フォーカス手順、ターゲット条件、および合格基準について合意します。
結論: 赤外線画像システム全体を指定する
熱画像レンズを選択するには、焦点距離や F 値を一致させるだけでは不十分です。検出器のフォーマット、ピクセルピッチ、スペクトル帯域、視野、焦点範囲、光学性能、機械的制約、および動作環境はすべて、レンズが適切かどうかに影響します。
完全な検出器データシート、ターゲット距離情報、シーン要件、および機械図面は、「サーマル レンズ」の短いリクエストよりもはるかに強力な評価の基礎を提供します。
Boshi Optics の一部上海シルク光学技術有限公司は、熱画像レンズ オプションやカスタマイズされた光学開発など、画像アプリケーション向けの光学製品を提供しています。新しいサーマル カメラ用のレンズを調達する場合は、検出器のモデル、スペクトル バンド、必要な視野、焦点範囲、利用可能な機械的寸法を共有します。
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