Comment spécifier un objectif d'imagerie thermique : 7 paramètres que les acheteurs doivent confirmer

Une caméra thermique ne forme pas une image de la même manière qu’une caméra à lumière visible classique. Il détecte le rayonnement infrarouge dans une bande spectrale définie et convertit le signal reçu en image thermique. La lentille doit être conçue pour cette plage de longueurs d'onde et adaptée au détecteur et à l'application prévue.

Pour les acheteurs, le défi est qu'une spécification de lentille thermique peut contenir plusieurs paramètres qui semblent familiers (distance focale, nombre F, champ de vision et plage de mise au point), ainsi que des exigences spécifiques à l'imagerie infrarouge. La sélection d'un objectif uniquement en fonction de la distance focale peut conduire à un assemblage qui n'offre pas la couverture, la sensibilité ou l'ajustement mécanique attendus.

Ce guide présente sept paramètres qui méritent d'être confirmés lors de la recherche d'unlentille d'imagerie thermiquepour la sécurité, la surveillance industrielle, l'inspection ou d'autres applications infrarouges.

1. Confirmez le format du détecteur et le pas de pixel

Commencez par le modèle de détecteur autant que possible. Au minimum, identifiez la résolution du détecteur, la zone active et le pas des pixels. Les configurations courantes de détecteurs thermiques incluent différents nombres et pas de pixels, et la lentille doit fournir un cercle d'image et des performances optiques appropriées au détecteur.

Le pas de pixel est l'espacement entre les pixels adjacents du détecteur. Cela concerne les détails spatiaux que le système peut échantillonner, mais il ne détermine pas indépendamment la résolution finale de l’image. Les performances optiques, la mise au point, le traitement du signal, les conditions atmosphériques et le contraste de la cible comptent également.

Un objectif conçu pour un format de détecteur peut ne pas couvrir une zone active plus grande. À l’inverse, une lentille peut recouvrir physiquement le détecteur mais ne pas fournir la qualité d’image requise sur les bords.

Lors d’une demande de devis, fournissez le modèle exact du détecteur ou sa fiche technique. Cela permet au fournisseur d'optique d'évaluer la compatibilité plutôt que de se fier uniquement à une description telle que « caméra thermique 640 × 512 ».

2. Spécifiez la bande spectrale et les matériaux optiques

Les lentilles d'imagerie thermique doivent transmettre le rayonnement infrarouge pertinent pour le détecteur et l'application. La bande infrarouge à ondes longues (LWIR) est généralement associée aux systèmes d'imagerie thermique, mais la plage spectrale requise doit être confirmée à partir des spécifications du détecteur et du système plutôt que supposée.

Les matériaux optiques adaptés aux caméras à lumière visible ne sont pas automatiquement adaptés à toutes les longueurs d'onde infrarouges. La transmission des matériaux, les revêtements, la protection des surfaces et les exigences environnementales doivent être pris en compte pour la bande spectrale prévue.

Clarifiez la plage de longueurs d'onde requise et si l'objectif doit inclure un revêtement antireflet ou un élément frontal de protection. Si la caméra doit fonctionner à l'extérieur, demandez comment la surface optique exposée est protégée et quelles restrictions de nettoyage ou de manipulation s'appliquent.

Ne présumez pas que « lentille infrarouge » décrit une seule catégorie de produits interchangeables. L’imagerie proche infrarouge et l’imagerie thermique à ondes longues ont des exigences optiques différentes. La bande exacte est l’un des premiers détails qu’un fournisseur doit confirmer.

3. Choisissez la distance focale en fonction de la distance cible et de la couverture

La distance focale et les dimensions du détecteur déterminent ensemble le champ de vision angulaire. Concrètement, le choix dépend de la superficie de la scène que la caméra doit couvrir et de la distance à laquelle se trouvera la cible.

Une focale plus courte offre généralement un champ de vision plus large sur le même détecteur, ce qui peut être utile pour la surveillance de zone. Une distance focale plus longue rétrécit la vue et peut placer plus de pixels sur une cible distante, à condition que le système optique et les conditions atmosphériques prennent en charge les détails requis.

Avant de sélectionner une distance focale, définissez la distance cible, la taille de la cible, la couverture horizontale et verticale requise et si la caméra doit observer à la fois les objets proches et distants. Un simple diagramme de scène est souvent utile.

Si le système doit détecter un petit objet à une distance connue, la question n’est pas seulement de savoir si la cible apparaît dans l’image. Il s'agit de savoir si la cible occupe suffisamment de pixels du détecteur, avec un contraste suffisant, pour la tâche de détection ou de mesure prévue. Cela peut nécessiter une évaluation au niveau du système plutôt qu'un seul calcul de distance focale.

4. Comprendre le nombre F et ses compromis

Le nombre F décrit le rapport entre la distance focale et le diamètre d'ouverture effectif. En imagerie thermique, un nombre F inférieur peut aider le système optique à collecter davantage de rayonnement, ce qui peut s'avérer utile lors de la détection de cibles à faible contraste ou lors du travail avec un temps d'intégration limité.

Cependant, un nombre F inférieur ne constitue pas une solution universelle. La complexité de la conception optique, le contrôle des aberrations, la taille de l'objectif, le coût, la tolérance de mise au point et la qualité de l'image sur l'ensemble du champ doivent également être pris en compte. Le détecteur, l'électronique, le processus d'étalonnage et les conditions de fonctionnement influencent l'image thermique finale.

Lorsque vous comparez les objectifs candidats, confirmez le nombre F ainsi que la bande spectrale, le détecteur, la distance focale et le champ de vision requis. Évitez de comparer les chiffres d’ouverture sans vérifier si les produits sont destinés aux mêmes exigences système.

L'ouverture appropriée est celle qui répond aux objectifs de sensibilité et de qualité d'image dans les limites de la taille, du coût et des contraintes de fabrication du projet.

5. Définir la plage de mise au point et la distance de travail minimale

Une caméra thermique peut être utilisée pour une surveillance longue distance, une inspection minutieuse ou une combinaison des deux. La plage de mise au point requise doit donc être indiquée explicitement.

Certaines applications se concentrent sur l’infini ou presque, tandis que d’autres nécessitent l’inspection d’équipements ou de composants à des distances plus courtes. Un objectif optimisé pour une plage peut ne pas offrir des performances acceptables dans une autre. La distance minimale de mise au point, le mécanisme de mise au point et la possibilité de réglage de la mise au point doivent être confirmés avant de sélectionner l'ensemble.

Si la caméra doit être installée derrière une fenêtre de protection, incluez la fenêtre dans la discussion du système. Son matériau, son épaisseur et son emplacement peuvent affecter la transmission ou les performances optiques, en fonction de la bande spectrale et de la conception.

Fournissez les distances cibles les plus proches et les plus éloignées et identifiez si la mise au point doit être réglable sur le terrain ou fixée lors de l'assemblage. Ces détails sont particulièrement importants pour les équipements OEM où l'objectif sera intégré dans un boîtier étanche ou compact.

6. Confirmez le champ de vision, la distorsion et la couverture de l'image

Une lentille thermique doit être évaluée pour le champ de vision requis et la partie du détecteur qui doit rester utilisable. L’angle nominal n’est qu’une partie du tableau.

L'éclairage relatif, la distorsion et les performances optiques sur l'ensemble du champ peuvent influencer la cohérence avec laquelle les cibles apparaissent du centre vers les bords. Pour les applications impliquant des mesures, un suivi ou une analyse automatisée, le comportement en matière de distorsion et l'étalonnage peuvent être particulièrement importants.

Si la caméra doit couvrir un couloir, une machine, une armoire électrique ou une zone extérieure spécifique, indiquez les dimensions de la scène et la distance entre la caméra et la cible. Demandez le champ de vision horizontal et vertical, et pas seulement la valeur diagonale, lorsque l'application a un rapport hauteur/largeur défini.

Précisez également si la caméra sera utilisée pour une observation qualitative, une détection automatisée ou une mesure de température. Ces tâches peuvent imposer différentes exigences à l'ensemble du système d'imagerie. Une spécification de lentille doit être liée au résultat escompté, et pas seulement à une liste de numéros optiques.

7. Vérifiez les exigences environnementales, mécaniques et de production

Les lentilles d'imagerie thermique sont souvent utilisées dans des environnements exigeants, notamment pour la surveillance extérieure, l'inspection industrielle et les équipements fonctionnant sur une large plage de températures. Spécifiez les températures de fonctionnement prévues, l'exposition à l'humidité, les vibrations, la protection contre la poussière et toutes les exigences d'étanchéité pertinentes.

L'intégration mécanique mérite la même attention. Confirmez l'interface de montage, le diamètre de l'objectif, la longueur totale de la piste, la position du détecteur, l'espace disponible et la méthode de réglage de la mise au point. Si la conception comprend un élément de façade ou une fenêtre de protection, clarifiez son rôle et ses propriétés requises.

Pour les projets OEM, fournissez la quantité de prototype attendue, le volume annuel estimé, le coût unitaire cible et le calendrier du projet. Ces informations commerciales aident le fournisseur à déterminer si un objectif standard est approprié ou si une conception personnalisée doit être évaluée.

Enfin, définissez la manière dont les échantillons seront évalués. Le détecteur, la lentille, l'étalonnage et l'environnement de test doivent être conformes à l'utilisation prévue. Convenez de la distance de test, de la procédure de mise au point, des conditions cibles et des critères d'acceptation avant l'approbation de la production en série.

Conclusion : spécifier l'ensemble du système d'imagerie thermique

Le choix d'un objectif d'imagerie thermique nécessite plus que la simple correspondance de la distance focale ou du nombre F. Le format du détecteur, le pas de pixel, la bande spectrale, le champ de vision, la plage de mise au point, les performances optiques, les contraintes mécaniques et l'environnement d'exploitation influencent tous l'adéquation de l'objectif.

Une fiche technique complète du détecteur, des informations sur la distance de la cible, les exigences de la scène et un dessin mécanique fournissent une base d'évaluation beaucoup plus solide qu'une courte demande de « lentille thermique ».

Boshi Optics, qui fait partie deTechnologie optique en soie de Shanghai Co., Ltd., propose des produits optiques pour les applications d'imagerie, notamment des options de lentilles d'imagerie thermique et un développement optique personnalisé. Si vous recherchez un objectif pour une nouvelle caméra thermique, partagez le modèle de détecteur, la bande spectrale, le champ de vision requis, la plage de mise au point et les dimensions mécaniques disponibles.

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