Cómo especificar una lente termográfica: 7 parámetros que los compradores deben confirmar

Una cámara térmica no forma una imagen de la misma manera que una cámara de luz visible convencional. Detecta la radiación infrarroja dentro de una banda espectral definida y convierte la señal recibida en una imagen térmica. La lente debe diseñarse para ese rango de longitud de onda y adaptarse al detector y a la aplicación prevista.

Para los compradores, el desafío es que la especificación de una lente térmica puede contener varios parámetros que resultan familiares (distancia focal, número F, campo de visión y rango de enfoque) junto con requisitos específicos de las imágenes infrarrojas. Seleccionar una lente solo por la distancia focal puede llevar a un ensamblaje que no proporcione la cobertura, la sensibilidad o el ajuste mecánico esperados.

Esta guía describe siete parámetros que vale la pena confirmar al adquirir unlente termográficapara seguridad, monitoreo industrial, inspección u otras aplicaciones de infrarrojos.

1. Confirme el formato del detector y el tamaño de píxel.

Comience con el modelo de detector siempre que sea posible. Como mínimo, identifique la resolución del detector, el área activa y el tamaño de píxeles. Las configuraciones comunes de detectores térmicos incluyen diferentes recuentos y distancias de píxeles, y la lente debe proporcionar un círculo de imagen y un rendimiento óptico apropiado para el detector.

El paso de píxel es el espacio entre píxeles del detector adyacentes. Es relevante para los detalles espaciales que el sistema puede muestrear, pero no determina de forma independiente la resolución final de la imagen. También son importantes el rendimiento óptico, el enfoque, el procesamiento de señales, las condiciones atmosféricas y el contraste del objetivo.

Es posible que una lente diseñada para un formato de detector no cubra un área activa más grande. Por el contrario, una lente puede cubrir físicamente el detector pero no ofrecer la calidad de imagen requerida en los bordes.

Al solicitar cotización proporcione el modelo exacto del detector o su ficha técnica. Esto permite al proveedor óptico evaluar la compatibilidad en lugar de depender únicamente de una descripción como “cámara térmica de 640 × 512”.

2. Especificar la banda espectral y los materiales ópticos.

Las lentes termográficas deben transmitir la radiación infrarroja relevante para el detector y la aplicación. La banda infrarroja de onda larga (LWIR) se asocia comúnmente con los sistemas de imágenes térmicas, pero el rango espectral requerido debe confirmarse a partir del detector y las especificaciones del sistema en lugar de asumirse.

Los materiales ópticos adecuados para cámaras de luz visible no son automáticamente adecuados para todas las longitudes de onda infrarrojas. Se deben considerar la transmisión de materiales, los recubrimientos, la protección de superficies y los requisitos ambientales para la banda espectral prevista.

Aclare el rango de longitud de onda requerido y si la lente debe incluir un revestimiento antirreflectante o un elemento frontal protector. Si la cámara va a funcionar en exteriores, pregunte cómo se protege la superficie óptica expuesta y qué restricciones de limpieza o manipulación se aplican.

No asuma que “lente infrarroja” describe una única categoría de producto intercambiable. Las imágenes de infrarrojo cercano y las imágenes térmicas de onda larga tienen diferentes requisitos ópticos. La banda exacta es uno de los primeros detalles que debe confirmar un proveedor.

3. Elija la distancia focal según la distancia objetivo y la cobertura.

La distancia focal y las dimensiones del detector determinan juntas el campo de visión angular. En términos prácticos, la elección depende de qué parte de la escena debe cubrir la cámara y de qué tan lejos estará el objetivo.

Una distancia focal más corta generalmente proporciona un campo de visión más amplio en el mismo detector, lo que puede resultar útil para el seguimiento de áreas. Una distancia focal más larga estrecha la vista y puede colocar más píxeles en un objetivo distante, siempre que el sistema óptico y las condiciones atmosféricas admitan el detalle requerido.

Antes de seleccionar una distancia focal, defina la distancia del objetivo, el tamaño del objetivo, la cobertura horizontal y vertical requerida y si la cámara debe observar objetos tanto cercanos como distantes. Un diagrama de escena simple suele resultar útil.

Si el sistema debe detectar un objeto pequeño a una distancia conocida, la cuestión no es sólo si el objetivo aparece en la imagen. Se trata de si el objetivo ocupa suficientes píxeles del detector, con suficiente contraste, para la tarea de detección o medición prevista. Esto puede requerir una evaluación a nivel de sistema en lugar de un cálculo de distancia focal únicamente.

4. Comprenda el número F y sus ventajas y desventajas

El número F describe la relación entre la distancia focal y el diámetro de apertura efectivo. En imágenes térmicas, un número F más bajo puede ayudar al sistema óptico a recolectar más radiación, lo que puede ser valioso al detectar objetivos de bajo contraste o trabajar con un tiempo de integración limitado.

Sin embargo, un número F más bajo no es una solución universal. También se debe considerar la complejidad del diseño óptico, el control de la aberración, el tamaño de la lente, el costo, la tolerancia del enfoque y la calidad de la imagen en todo el campo. El detector, la electrónica, el proceso de calibración y las condiciones de funcionamiento influyen en la imagen térmica final.

Al comparar lentes candidatos, confirme el número F junto con la banda espectral, el detector, la distancia focal y el campo de visión requeridos. Evite comparar cifras de apertura sin comprobar si los productos están destinados a los mismos requisitos del sistema.

La apertura adecuada es aquella que cumple con los objetivos de sensibilidad y calidad de imagen dentro de las limitaciones de tamaño, costo y fabricación del proyecto.

5. Definir el rango de enfoque y la distancia mínima de trabajo.

Se puede utilizar una cámara térmica para monitoreo a larga distancia, inspección cercana o una combinación de ambos. Por lo tanto, se debe indicar explícitamente el rango de enfoque requerido.

Algunas aplicaciones se enfocan en el infinito o cerca de él, mientras que otras necesitan inspeccionar equipos o componentes a distancias más cortas. Es posible que una lente optimizada para un rango no ofrezca un rendimiento aceptable en otro. La distancia mínima de enfoque, el mecanismo de enfoque y la posibilidad de ajuste del enfoque deben confirmarse antes de seleccionar el conjunto.

Si la cámara se instalará detrás de una ventana protectora, incluya la ventana en la discusión del sistema. Su material, grosor y ubicación pueden afectar la transmisión o el rendimiento óptico, según la banda espectral y el diseño.

Proporcione las distancias objetivo más cercanas y más lejanas e identifique si el enfoque debe ser ajustable en el campo o fijo durante el montaje. Estos detalles son particularmente importantes para equipos OEM donde la lente se integrará en una carcasa sellada o compacta.

6. Confirme el campo de visión, la distorsión y la cobertura de la imagen.

Se debe evaluar una lente térmica para determinar el campo de visión requerido y la parte del detector que debe permanecer utilizable. El ángulo nominal es sólo una parte de la imagen.

La iluminación relativa, la distorsión y el rendimiento óptico en todo el campo pueden influir en la coherencia con la que aparecen los objetivos desde el centro hasta los bordes. Para aplicaciones que implican medición, seguimiento o análisis automatizado, el comportamiento de distorsión y la calibración pueden ser especialmente importantes.

Si la cámara necesita cubrir un pasillo, una máquina, un gabinete eléctrico o un área exterior específica, proporcione las dimensiones de la escena y la distancia entre la cámara y el objetivo. Solicite el campo de visión horizontal y vertical, no solo el valor diagonal, cuando la aplicación tenga una relación de aspecto definida.

Aclare también si la cámara se utilizará para observación cualitativa, detección automatizada o medición de temperatura. Estas tareas pueden imponer diferentes exigencias al sistema de imágenes completo. La especificación de una lente debe estar vinculada al resultado previsto, no sólo a una lista de números ópticos.

7. Verifique los requisitos ambientales, mecánicos y de producción.

Las lentes termográficas se utilizan a menudo en entornos exigentes, incluido el monitoreo en exteriores, la inspección industrial y equipos que operan en un amplio rango de temperaturas. Especifique las temperaturas de funcionamiento esperadas, la exposición a la humedad, la vibración, la protección contra el polvo y cualquier requisito de sellado relevante.

La integración mecánica merece igual atención. Confirme la interfaz de montaje, el diámetro de la lente, la longitud total de la pista, la posición del detector, el espacio disponible y el método de ajuste del enfoque. Si el diseño incluye un elemento frontal protector o una ventana, aclare su función y las propiedades requeridas.

Para proyectos OEM, proporcione la cantidad esperada de prototipos, el volumen anual estimado, el costo unitario objetivo y el cronograma del proyecto. Estos insumos comerciales ayudan al proveedor a determinar si una lente estándar es apropiada o si se debe evaluar un diseño personalizado.

Finalmente, defina cómo se evaluarán las muestras. El detector, la lente, la calibración y el entorno de prueba deben ser coherentes con el uso previsto. Acuerde la distancia de prueba, el procedimiento de enfoque, las condiciones objetivo y los criterios de aceptación antes de la aprobación de la producción en masa.

Conclusión: especificar todo el sistema de imágenes térmicas

Para elegir una lente termográfica es necesario algo más que igualar la distancia focal o el número F. El formato del detector, el paso de píxeles, la banda espectral, el campo de visión, el rango de enfoque, el rendimiento óptico, las limitaciones mecánicas y el entorno operativo influyen en la idoneidad de la lente.

Una hoja de datos completa del detector, información sobre la distancia del objetivo, requisitos de la escena y un dibujo mecánico proporcionan una base mucho más sólida para la evaluación que una breve solicitud de una "lente térmica".

Óptica Boshi, parte deTecnología óptica de seda de Shanghai Co., Ltd., ofrece productos ópticos para aplicaciones de imágenes, incluidas opciones de lentes termográficas y desarrollo óptico personalizado. Si está buscando una lente para una cámara térmica nueva, comparta el modelo del detector, la banda espectral, el campo de visión requerido, el rango de enfoque y las dimensiones mecánicas disponibles.

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