Kategorie-Archiv: Wärmebild-Theorie

Sehe Das Unsichtbare – CCD SWIR CMOS & CO.

Im Zeitalter der Digitalisierung erleben wir auch in der Bildverarbeitung einen raschen Wandel.
Wir geben Ihnen im folgenden Beitrag einen komprimierten Überblick und Vergleich der unterschiedlichen Technologien im Bezug auf die entsprechenden Wellenlängen sowie deren Einsatzschwerpunkt (ohne quantenphysikalische Grundlagen).

1. Die Wellenlängen des Lichtes

Das folgende Schaubild zeigt die Wellenlängen im Bezug zu der jeweiligen Technologie, die es ermöglicht diese Strahlen zu detektieren.

Wellenlänge-des-Lichtes_web

2. Beschreibung der Graphik von links nach rechts:

2.1 Die für uns Menschen sichtbaren Wellenlängen (blauer Bereich)
Strahlen im Bereich von ca. 380 bis 780 nm (0,38 bis 0,78µm) sind mit unseren Augen sichtbar.
Rotwild und Füchse im Vergleich sind in der Lage Wellenlängen oberhalb von 800nm zu erkennen.

2.2 CMOS (CCD) Detektoren (violette Kurve)
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
CCD: (Charged Coupled Device)
Strahlendetektion: ca. 400 – 1.080nm
Trägermaterial: Silizium
Vorteile:
– Erkennen von Laserstrahlen
– Sicht durch Glas bei sehr geringen Lichtvershältnissen (0.005 Lux).
– Farbdarstellung

Funktionsweise:
Nach dem photoelektrischer Effekt, d.h. Atome im Silizium werden durch die Photonen des Lichtes angeregt, dabei werden Elektronen freigesetzt , a) sofort verarbeitet (CMOS) oder  b) gesammelt und dann verarbeitet (CCD) man spricht bei der Verarbeitung vom “Eimerkettenprinzip” s. Film unten. Der grundsätzliche Unterschied beider Technologien liegt also in der Art der Weiterleitung/Verarbeitung der Elektronen.

humaneye_vs_CCD

CCD_vs_eye

CMOS und CCD Sensoren im Vergleich haben Vor- und Nachteile. Genannt sei hier die höhere Lichtempfindlichkeit sowie das geringere Bildrauschen der CCD Sensoren. CMOS Sensoren können kompakter gebaut werden und verbrauchen weniger Strom. Mittlerweile werden in fast allen Smartphones CMOS Sensoren als Kamerachip verbaut. CMOS Detektoren werden schrittweise herkömmliche Restlichtverstärkeroptiken (die Fotokathoden verwenden) ablösen.
Einen anschaulichen Vergleich beider Technologien zeigt der folgende Film:

CMOS-vs.-CCD

2.2 Restlichtverstärkende Optiken (NVG) = grüne Linie
Strahlendetektion:
ca. 600 – 900nm
Vorteile:
Gesichtserkennung, wenig Stromverbrauch
Nachteile:
– Zur optimalen Verwendung wird ein IR Aufheller benötigt
– Begrenzte Lebensdauer der Röhre, ca. 5.000 Std.
– Verwendung nur bei Nacht sinnig

Restlichtverstärker arbeiten nach dem Prinzip der Elektronenbeschleunigung. Photonen treffen auf eine Fotokathode, lösen Elektronen aus, diese werden durch Spannung im Vakuum beschleunigt und auf einem Leuchtschirm durch Fluoreszens (meist grün) dargestellt.

NSG-Prinzip
NVG coyote
Sicht durch einen NVG mit Aufheller

 

2.3 SWIR Detektoren (roter Bereich)
SWIR (Short Wave Infrared)
Strahlendetektion: 900 – 1.700nm
Trägermaterial: meist Indiumgalliumarsenid (InGaAs)
Vorteile:
– Erkennen von Laserstrahlen
– Sicht durch Glas
– Nutzen die Objektstrahlenreflektion aus der Atmosphäre (Airglow)
– Sicht durch Nebel
Nachteile:
– Teuer, keine Farbdarstellung möglich

Funktionsweise:
SWIR Sensoren arbeiten vergleichbar wie CCD/CMOS Detektoren, d.h. verwandeln Photonen in Elektronen, daher auch Quantum Detektoren genannt. Anstelle von Silizium verwenden SWIR Detektoren als “Photonenabsorbtionsschicht” InGaAs oder Mercury Cadmium Telluride (HgCdTe). Bedingt durch die chemische Struktur dieser Materialien vergrößert sich der Wellenlängendetektionsbereich sowie die Empfindlichkeit.
SWIR Detektoren sind aufwendig in der Herstellung, verwenden z.T. Kühleinheiten, werden in einem komplexen Herstellprozeß mit unterschiedlichen Materialien hergestellt und verfügen über eine CMOS Ausleseeinheit, dies macht die Herstellung dieser Detektoren teuer.
Im Vergleich zu MWIR / LWIR Optiken (die abstrahlende Lichtstrahlen vom Betrachtungsobjekt detektieren) erkennen SWIR Optiken die vom Objekt reflektierten sowie absorbierten Lichtstrahlen (Photonen).
SWIR Detektoren ermöglichen das Erkennen von Laserstrahlen, Sicht durch Nebel, Rauch und Glas bei sehr geringen Lichtverhältnissen. Durch den breiten Wellenbereich können NIR Laserpointer (1.06μm), Laser-Zielmarkierer sowie augensichere Laser-Entfernungsmesser (1,55μm) erkannt werden. Eine verdeckte Aufhellung durch 1.55μm Laseraufheller oder LEDs ist möglich und garantiert somit eine Eigendetektierbarkeit NUR mit einer SWIR Kamera oder selbigen Aufhellungsprinzip.
SWIR Detektoren nutzen das “Nachthimmelsleuchten” airglow oder auch sky radiance genannt.
Dies ist ein schwaches Leuchten in höhren Atmosphärenschichten entstanden durch Prozesse in der Ionosphäre, dies ist 5x “heller” als das Reflexionslicht der Sterne.
SWIR Optik können diese Strahlen detektieren, verwenden und nutzen diese als “künstliche Restlichtverstärkung”. Im Gegensatz zu mittelwelliger (MWIR) und langwelliger (LWIR) Infrarotstrahlung, bei denen die Strahlung vom Gegenstand selbt abgestrahl wird (aktiv), ähnelt die kurzwellige Infrarotstrahlung (SWIR) dem sichtbaren Licht, d.h. von dem Gegenstand werden Photonen reflektiert oder absorbiert (passiv).

SWIR Detektoren finden vornehmlich im militärischen und industriellen Einsatz Verwendung (Qualitätskontrolle).
SWIR Derivatapplikationen sind bzw. das “active imaging” Konzept der Firma AIM,
oder laser gated imaging. (s. Fußnote)

SWIR Detektor
SWIR InGaAs Detektor Größe: 45x45x55mm

Swir Detector
Schematischer SWIR Sensor Aufbau

CMOS_SWIR-vgl

SWIR_Nebel
Vgl. Sicht ohne und mit SWIR im Nebel

SWIR_Nacht
  Vgl. Sicht ohne und mit SWIR im Dunkeln

SWIR_Glas
  Vgl. LWIR und SWIR durch Glas

SWIR-vs-visible
Youtube Film: SWIR vs. sichtbares Licht

2.4 MWIR (oranger Bereich)
MWIR (mittelwelliges Infrarot)
Strahlendetektion: 3,7 – 4,8µm
Trägermaterial: Indiumgalliumarsenid (InGaAs) / HgCdTe (Quecksilber-Cadmium-Tellurid)
Vorteile:
– hohe Temperatursensibilität (< 20 mk)
– hohe Reichweite
– hohe Bildschärfe
Nachteile:
– teuer
– Betriebsgeräusch
– “größere” Bauform

Funktionsweise
MWIR Detektoren verwandeln ebenfalls Photonen in Elektronen und arbeiten nach dem inneren Photoeffekt. Hierbei wird ein Elektron aus einer Bindung gelöst indem es ein Photon absorbiert.  Als Absorbtionssubtrat kommt meist InGaAs zum Einsatz.
Diese Detektoren sind aktiv gekühlt, d.h. verfügen über einen Kühlmotor, meist ein Sterlingmotor (in der Startphase deutlich hörbares Geräusch) hierbei wird der Detektor bis zu 120K (-153 C°) gekühlt um die Temperatursensibilität zu erhöhen.
Ein kleinerer Pixel Pitch im Vgl. zu LWIR Detektoren (meist <12 µm) liefert somit ein schärferes und kontrastreicheres Bild.
Bauartbedingt sind diese Optiken sehr teuer und finden Ihre Verwendung meist im militärischen Bereich, Forschung und in Gebäudethermographie.

MWIR-Detector
MWIR Detector mit Sterling Kühlmotor

MWIR Detector
Schematischer Aufbau

MWIR Image
Bild einer MWIR Kamera

2.5 LWIR (pinker Bereich)
LWIR (langwelliges Infrarot)
Strahlendetektion: ca. 8 – 13µm
Trägermaterial: ASi (Amorphes Silizium oder VOx (Vanadiumoxide)
Vorteile:
– preiswert
– kompakte Bauform

Funktionsweise
LWIR Detektoren verwandeln ebenfalls Photonen in Elektronen. Sie arbeiten nach dem Prinzip der Änderung von Widerstand, Spannung oder Stromstärke.
Die Detektorzelle eines Mikrobolometerarrays besteht aus einer nur wenige Mikrometer dicken, strahlungsempfindlichen Scheibe, welche durch zwei gebogene Kontakte über dem eigentlichen Detektor gehalten wird (so genannte Mikrobridges). Die Scheiben bestehen aus einem Material mit einem stark temperaturabhängigen Widerstand (zum Beispiel Vanadiumoxid). Die einfallende Infrarotstrahlung wird absorbiert und führt zu einer Temperaturerhöhung des Scheibchens, was wiederum den Widerstand ändert. Der gemessene Spannungsabfall wird als Messsignal ausgegeben.

ASi-Detektorzelle
Schematischer ASi LWIR Detektor Aufbau

12-micron-BOSON-vs.-17-micron-ULIS
Größenverhältnis von LWIR Detektoren

640x480-pixel-resolution
Sicht durch eine LWIR Optik mit 12µm Pitch

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Fazit:
Je nach der gewünschten Wellenlängendetektion benötigt man (noch) unterschiedliche Detektoren.
Jede der Technologien hat Ihre Vor- und Nachteile und muss für den jeweiligen Einsatzzweck ausgewählt werden.

CMOS-und-CO-Vergleich

Derzeit laufen Forschungsprojekte bei denen versucht wird kurzwellige UV bis langwellige IR Detektion auf einem Sensorchip zu vereinen (Multispektral / Hyperspektral Detektoren) .

Multispektral-Detektoren

Problematisch wird die Verwendung von nur einer Linse sein, da LWIR/MWIR Strahlen nicht wie z.B. SWIR durch herkömmliches Silikon basierendes Glas emittieren können.
Stichwort Planar Detektoren.
Nach Aussagen des US Herstellers UTC Aerospace Systems / Sensors Unlimited wurde dies bereits umgesetzt, jedoch zu Kosten und Größenverhältnissen, die eine feldtaugliche Lösung nicht ermöglichen.
Warten wir auf den Lösungsansatz der IOSB in Ettlingen.

 

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Active Imaging:
Das ist wie eine Stroboskop-Beleuchtung, nur
– sehr kurze Laser-Lichtblitze in Abständen so, dass das Auge nichts wahrnehmen kann
und nur da beleuchtet wo man auch wirklich hinschaut mit der Kamera (ausgerichteter Laser)
– Kamera-Belichtung damit synchronisiert, d.h. Kamera sammelt nur dann Licht wann Laser an (und schaut genau dahin wo der Laser beleuchtet)

Laser gated imaging:
Hierbei wird mit Hilfe von Laseraufhellern die Reichweite sowie die Bildqualität einer SWIR Kamera optimiert. Entscheidend hierbei ist die Frequenz mit dem der Laseraufheller gepulst ist.
Die eine optimale Abstimmung kann hierbei die Reflextion von Wasserstropfen (Nebel, Dunst) umgangen werden (Berücksichtigung der Wasserstropfen-Eigenschwingung) und somit die Reichweite der SWIR Optik vergrößert werden. Stichwort destruktive Interferenz, hierbei werden die Amplituden der beiden Wellen voneinander subtrahiert. Sind sie gleich, so löschen sie sich gegenseitig aus, vgl. BOSE active noise cancelling.

“To be or not to be seen” ist stets ein Wettlauf zwischen den Anbietern, nutzt aber wenig wenn im Felde der Strom ausgeht..

 

VOx Detektor versus ASi Silizium Detektor – Ein Vergleich

VOx (Vanadium Oxide) Detektortechnologie und ASi (Amorphes Silizium) gegenübergestellt.

Der Europäische und Osteuropäische Markt ist dominiert von Herstellern die ASi Detektoren verbauen, in den USA hingegen ist die VOx Technologie marktpräsenter, warum?

Vier vereinfachte Antworten hierauf sind:
a) Es gibt in Europa nur ASi Hersteller (Firma ULIS in Frankreich)
b) ULIS 1) hat vor Jahren auf die ASi Produktion gesetzt
c) US Exportrestriktionen limitieren die Verwendung von US VOx Sensoren
d) die ASi Detekorenherstellung ist einfacher und somit preiswerter

Worin liegen die technischen Unterschiede beider Technologien?
Betrachten wir hierzu den näheren Aufbau der Detektorzellen:

Mikrobolometer-Stuktur
Schematischer Schnitt durch eine ASi Zelle

ASi-Detektorzelle
Schematischer Aufbau einer Zelle

ASi-VOx-Vergleich
Detektorzellen in der  REM Mikroskop Ansicht
a) ASi links                         b) VOx rechts

Detektor-Sandwichstruktur
Herkömmliche VOx Zellen in der REM Ansicht

Opt-Sandwich-fpa
optimierte VOx Zelle in der REM Ansicht.

Amorphes Silizium:
Diesen Rohstoff gibt es wie Sand am Meer..,
er lässt sich einfacher verarbeiten, ist preiswerter und somit weiter verbreitet.

Vanadium Oxide:
Vanadium als Rohstoff ist seltener und somit teurer als Silizium.
VOx ist härter wie Stahl und lässt sich schwerer verarbeiten.
VOx verfügt über einen besseren Wärmeleitkoeffizient gegenüber ASi und kann somit Photonen schneller weiterleiten, verfügt somit über eine bessere Leistungsfähigkeit.

Wie definieren wir Leistungsfähigkeit?
Die Leistungsfähigkeit wird insbesondere durch die Temperatursensibilität des Detektors und somit des Trägermaterials bestimmt. Kennzahl hierfür ist NETD (Noise Equivalent Temperatur Difference).
Die Bewertung des “Rauschen” (Noise) ist bestimmt durch die notwendige Strahlung, die notwendig ist um ein Ausgangssingnal zu erzeugen, welches identisch ist mit dem Detektorgrundrauschen oder vereinfacht erklärt: Es definiert die minimal messbare Temperaturdifferenz.

Eine höhere Temperatursensibilität des Detektors ist beim Anwender erkennbar durch ein schärfers, kontrastreicheres Bild, folglich mehr Reichweite und bessere Schärfe im Zoombereich.

Vergleichen wir eine ASi mit einer VOx Optik, die über identische Linsen  (f-Nummer) und Auflösung verfügen, stellen wir fest (auch rechnerisch), dass die VOx Optik um 3-fach höhere Temperatursensibilität verfügt. (VOx = 0,039 Kelvin zu 0,1 Kelvin = ASi, bei 25C° und f=1).

Wettlauf zwischen ASi und VOx Herstellern
Im Vergleich stellen wir fest, dass die Optimierung der VOx Zellenstruktur fortgeschrittener ist. Patenschutzrechte erschweren eine einfache Dublikation der Technologie.

Nehmen wir die oben im Bild ersichtliche optimierte Zellenstruktur eines der führenden US Sensor Herstellers als Beispiel:
Durch die durchlöcherte Oberfläche der oberen “Membrane”, wird die Oberfläche verringert (absorber Superstruktur) und somit das “Temperaturansprechverhalten” durch weniger Masse optimiert.  Die Löcher der oberen Membrane sind 1/2 so groß wie die Wellenlänge des Lichtes (8 µm) also 4 µm. Somit “sieht” das Licht die Löcher nicht und “verliert” keine Energie.
Die Temperatursensibilität wird durch diese geniale Erfindung verbessert.

Einblick in die ULIS ASi Fertigung gibt der folgende Youtube Film

ULIS-Microbolometer-production
ASi Fertigungsprozeß

Vorteile von VOx gegenüber ASi zusammengefasst:
– kein Einbrennen z.B. bei direkter Sonneneinstrahlung
– sehr geringes Rauschverhalten, somit bessere Bildqualität
– allgemein höhere Temperatursensibilität
– geringerer Stromverbrauch
– kürzeres “Pixel Ansprechverhalten”

Fazit:
Vergleicht man beide Technologien in einer Optik mit eigenen Augen, wird man sich zu 99% zu der VOx Technologie entscheiden, aber auch hier gilt: Die Qualität des Gesamtsystems entscheidet, nicht nur der Sensor alleine!
Auch alle US Rüstungsprogramme verwenden VOx Detektoren, dies ist oft ein Indiz dafür, dass es sich um die technisch bessere Wahl handelt.

Weiterführende Literatur über Microbolometer Strukturen finden Sie hier: Microbolometer .pdf

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1)  Ausgegliederte Unternehmung aus den Forschungsaktivitäten der CEA, hier Subdivision LETI (French Alternativ Energies and Atomic Energy Commission), staatliche Einrichtung mit gewerblichem und kommerziellem Charakter, unter gemeinsamen Zuständigkeit des Ministeriums für Bildung und Forschung, des Verteidigungsministeriums und des Ministeriums für Wirtschaft, Finanzen und Industrie.

 

12µm Pitch versus 17µm Detektor – ein Vergleich

12 µm Detektortechnologie und 17 µm gegenübergestellt
Stand der Technik im Bereich der ungekühlten Wärmebildoptiken sind VOx Detektoren mit einer Detektorzellengröße (Pitch) von 12 Mikrometer im Quadrat.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Kleinere Bauform, kleiner notwendige Linsen mit selbigen Sehfeld im Vergleich zu Detektoren mit größerem Pitch, somit Gewichtsersparnis, weniger Stromverbrauch und insbesondere eine schärfere und detailreichere Bilddarstellung durch die Verwendung neuester Bildoptimierungssoftware / Algorithmen.

Als Faustformel gilt: „Je kleiner der Pitch, desto schärfer das Bild“

12-micron-BOSON-vs.-17-micron-ULIS
12 µm Detektor links   17 µm Detektor rechts

Warum kleiner notwendige Linsen?
Betrachten wir einen IR Detekor unter einem REM Mikroskop, so lässt sich die folgende Schachbrettartige Struktur erkennen:

FLIR Boson Nahaufnahme

Jede Detektorzelle (vgl. eines Schachbrettfeldes) ist wiederum vergrößert und schematisch dargestellt wie folgt aufgebaut:

IR Detektoraufbau
Detektorzellenstruktur in Schema

12µm Pitch ist also die Pixelgröße (size) einer Detektorzelle im Quadrat.
Bei einem 12 micron Detektor sind also die Detektorzellen entsprechend kleiner, welches wiederum zu einer kleineren Gesamtbauform des Detektors führt.
Das folgende Bild vermittelt einen Eindruck über die Größenrelationen in der Pixelwelt:

Pixel Größenvergleich

Selbiges Sehfeld bei kleinerer Linse und kleinerem Pitch?
Die folgende Graphik zeigt den Vergleich von einer Optik mit 12µm und 25µm Pitch:
Zu erkennen ist, dass die 12µm Optik bei kleinerer Linse das selbe Sehfeld aufweist.
Theoretische Grundlagen sind vergleichbar mit der einer Lochkamera, Strahlensatz.

12µm vs.25µm

Kleinerer Pitch = mehr Leistung = ein Wiederspruch?
Um diese Fragen zu beantworten müssen wir vorab die Leistung definieren.
Ist Leistung =
a) Auflösung (Bildschärfe)?
b) Temperatursensibilität?

Vergleichen wir die Detektorzelle mit einem “Eimer” der Photonen “einsammelt”, so wäre die Logik: “Je größer desto besser, da mehr Photonen einfallen und somit mehr “verbeitet werden können”.
Fazit: Der Pixel Pitch (Eimergröße) bestimmt die Sensibilität!”

Die Pixelgröße bestimmt aber auch die Auflösung (vgl. Fernseher),
Fazit: “Je kleiner, desto schärfer das Bild.

Zur Erklärung nehmen wir folgendes zutreffendes Beispiel.
Vergleichen wir auf der Rennstrecke einen Wagen mit 12 Zylinder Motor aus dem Jahre 2010 mit einen aufgeladenen 6 Zylinder Boxermotor aus dem Jahre 2017. Wir stellen fest, dass der Wagen mit dem 6 Zylinder sicherlich besser performt und schneller am Ziel ist.
Wir wissen aber auch,  dass erst ab 4 Liter Hubraum beim PKW die Laufkultur anfängt, aber gelernt wurde:  Hubraum ist nicht alles!
Im übertragenen Sinne bedeutet dies: Entscheidend für die Gesamtleistungsfähigkeit eines Systems, ist die optimale Abstimmung aller Komponenten, die neueste Technologie (Software etc.)  und wie im Bsp. gemeint, die PS-Leistung die am Ziel ankommt!
Und das sehen Sie bei Optiken mit 12 micron Pitch sofort mit Ihren eigenen Augen..

Je kleiner der Pitch, desto wirtschaftlicher die Herstellung der Sensoren
Die Reduktion des Pitches ist die Konsequenz eines Kostenreduktionsbestrebens in der Sensorenfertigung.
Je mehr Sensoren beim Herstellprozeß gefertigt werden können, desto niedriger die Stückkosten. Das folgende Bild zeit einen Sensorwaver (vgl. Waffeleisen), je mehr Sensoren auf einem “Backblech” passen, desto mehr Sensoren ergeben sich aus einem “Backvorgang”.

waver stack
Sensor                                    Sensor waver

In der Herstellung spricht man hierbei vom SWAP-C Reduktionsbestreben:
Reduktion von: Size, Weight, Power, Cost.
Dies zeigt anschaulich das folgende Schaubild:

need-for-SWAPC

Fazit:
Wollen Sie eine Optik erwerben, die Sie auf den letzten technologischen Stand bringt und Sie somit die nächsten zwei Jahre nicht der Technologie “hinterher laufen”, so investieren Sie in eine Optik mit 12 µm Pitch. Das warten hat ein Ende!

 

Entwicklungsausblick ungekühlter IR Detektoren

Wird die Pixelanzahl von IR Detektoren dem gleichen Auflösungstandard folgen, wie wir es aus der Digitalfotografie kennen?
Die aktuellen Entwicklungen zeigen, dass dieser Trend absehbar ist. Sofradir/Ulis stellte im Jahr 2015 den ersten 1.280×720 Asi 10µm HD Detektor vor und im selbigen Jahr die Firma BAE den ersten WUXGA Detektor mit 1.920×1.200 Pixel und 12µm Pitch.

BAE-WUXGA-detector
Bild zeit den BAE 12µm WUXGA Detektor

Neben der Detektorzellenanzahl, erfolgt ein Wettlauf der Hersteller in der Detektorzellengröße (Pitch). Sofradir und DRS vermarktet bereits die ersten 10µm Pitch Detektoren im zivilen Bereich.

Mit Reduzierung der Pitch Größe erhöhen sich aber auch die technischen Anforderungen. Je kleiner die Detektorzellen werden, desto weniger Photonen können erfasst werden. Das „Rauschverhalten“ (Signal-Rausch-Verhalten) zwischen den Detektorzellen nimmt ab und stellt die Hersteller vor neue Herausforderungen.
Je kleiner der Pitch ist,  je kleiner wird das Sehfeld (FOV), d.h. desto mehr Auflösung bekommt man mit der gleichen Linse. Demzufolge benötigen Detektoren mit kleinem Pitch, kleinere Linsen, bei gleicher Auflösung.

pix2rad

Das Bild veranschaulicht, dass bei der Reduktion des Pixel Pitches, kleinere Linsen selbiges Sehfeld erreichen wie Detektoren mit einem entsprechend größeren Pitch und Linse.

Die Reduktion des Pitches, z.B. von 17 auf 12µm ermöglicht einen Faktor von ca. 25% mit Hinblick auf Leistungszunahme,  Bauform-, Gewichtsreduzierung und dies bei Verringerung der Herstellkosten und des Stromverbrauches.

Pixelauflösung und deren äquivalentes Videoformat:

160×120       =          19.200 Pixel       (0,02 MP) =   QQVGA
320×240       =           76.800 Pixel      (0,08 MP) =    qVGA (VHS)
640×480       =         307.200 Pixel      (0,3 MP) =      VGA
1.024×768       =      786.432 Pixel     (0,7 MP) =       XGA
1.280×720       =      921.600 Pixel     (0,9 MP) =       HD
1.280×1024     =   1.310.720 Pixel    (1.3 MP) =       SXGA
1.920×1.200    =   2.304.000 Pixel    (2,3 MP) =       WUXGA

660px-Display_resolution_standards.svg

Die zunehmenden Produktionsstückzahlen treiben die Preise nach unten. Der durchschnittliche Preis eines 640er 17µm Detektors liegt derzeit bei ca. 4 TEUR. Ein 2.3 MP WUXGA FPA Detektor liegt noch bei ca. 40 TEUR!
Wir sehen die technologische Halbwertszeit von zivilen Optiken bei derzeit 2.5 Jahren. Jedoch ist absehbar, dass die Preisreduktion der Detektoren nicht simultan der technischen Entwicklung folgt, d.h. die Investition in eine 640er Optik wird keinen Preisverfall innerhalb der 2.5 Jahren von >35% unterliegen.

Marktübersicht “multifunktionaler” Wärmebildvorsatzoptiken

Folgend finden Sie eine Marktübersicht über (z.T. bald) in Europa / Deutschland verfügbare sogenannte multifunktionaler, Multizweck-Optiken.
Hierunter gemeint sind Optiken die vor Tagesoptiken (Spektive, Ferngläser etc.) mit Hilfe von Klemmadaptern montiert werden können.

“Die Vorteile von Wärmebildoptiken, ob handgeführt oder waffengestützt, können durch Restlichtverstärkertechnologie nicht übertroffen werden. Detektionsgeschwindigkeit und Reichweite, sowie der reflektionsfreie Einsatz im Bewuchs,  sind die unschlagbaren Stärken”

Restlicht-Gen-III waermebild-640
Restlichtverstärker GEN III                                      Wärmebild mit 640×480 Pixel und 12µm Pitch

Der Vergleich zeigt:
Ohne verräterischen IR Aufheller ist bei einer Lichtstärke von 10 mlx (Level 3 bzw. 1/3 Mond) der Überläufer mit dem Restlichtverstärker nicht im Detail zu erkennen.
Durch die Wärmebbildoptik zeichnen sich die Konturen deutlich ab und ggf. vorhandene Frischlinge wären sofort erkennbar.

Anwender von Restlichtverstärkeroptiken vermuten, dass die fehlende Detailschärfe eine gravierende Einsatzeinschränkung darstellt. Wir vertreten die Meinung, dass der Anwendungsschwerpunkt der Wärmebildtechnik nicht in der Altersbestimmung von Reh- oder Rotwild liegt. Hinzu kommt, das der meist notwendige Einsatz von IR Aufhellern bei Restlichtverstärkern dazu beiträgt, dass sich auch die Reviernachbarn auf eine weite Distanz an dem Jagdgeschehen erfreuen können.

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Wärmebildvorsatzoptiken ist, dass sich das Systemgesamtgewicht reduziert d.h. eine 56er Tagesoptikobjektivlinse bringt Ihnen keinen Vorteil. Ein 42er Objektivdurchmesser ist völlig ausreichend, leichter und kürzer aufbauend. Unter dem Strich gerechnet ist eine Wärmebildvorsatzoptik die wirtschaftlichere Anschaffung, insbesondere unter dem Aspekt, dass ab dem Zeitpunkt des ersten Anschaltens eines Restlichtverstärkers, die Leistungsfähigkeit stetig abnimmt.

Eine Wärmebildvorsatzoptik mit 640×480 Pixel Auflösung und 17µm Pitch, ermöglicht problemlos auf min. 80m eine Bache vom Keiler zu unterscheiden und dies bei unerkennbarem Einsatz.

640x480-pixel-resolution 320x240-pixel-resolution
     Bilder zeigen Aufnahmen ohne digital  bzw. ohne optische Vergrößerung der Tagesoptik

Wir weisen an dieser Stelle darauf hin, dass eine jagdliche Verwendung von Vorsatzoptiken für Tagesoptiken aus weidmännischen Aspekten, erst ab einer Auflösung von 640×480 Pixel und einer Bildwiederholungsfrequenz von min. 25 Hz sowie ohne einen mechanischen Kalibriershutter, vertretbar ist.

Desweiteren empfehlen wir die Verwendung von Optiken mit athermaler (fixem Fokus) Objektivlinse sowie fixer Okulareinstellung. Die athermale Linse ist werksseits auf einen einsatzspezifischen Reichweitenbereich (meist 50-150m) kalibriert. Der Vorteil dieser Bauart ist, dass der Anwender keine Scharfeinstellung während der Anwendung durchführen muss.
Denn bei manchen Optiken verlängert sich konstruktionsbedigt der “Klemmaufbau” vor dem ZF so groß, dass der Anwender kaum mit der Hand die Objektivverstellung erreichen kann. Dies ist nicht anwendergerecht, lästig, laut und kostet Zeit.

“Nur die Mindestanforderung von 640×480 Pixel Auflösung ermöglicht die selektierfähige und somit waidgerechte Bejagung,
insbesondere von Schwarzwild”

Optiken mit geringerer Auflösung verleiten zu fatalen Fehlabschüssen durch technisch unmögliches Ansprechen.
Es ist auch zu beachten, dass Sie bei der Verwendung einer Vorsatzoptik mit Ihrer Tagesoptik auf einen Bildschirm schauen, wenn Sie dann diese noch zusätzlich optisch vergrößern, vgl. 6-fach, wird das Betrachtungsbild bei einer 384×288 Pixel Optik zum “Pacman Spiel” was sicherlich nicht weidgerecht vertretbar ist.

384res-magnified

Ein bauartbedingter mechanischer Kalibriershutter kann dazu führen, dass bei der Schussabgabe das Bild „einfriert“ und die Nachsuche einleutet.
Ein Optikgewicht > 600g führt bedingt durch die „Hebelwirkung“ der schwingenden Optiklast,  zu einer entsprechenden Belastung auf die Tagesoptik. Filigrane Sattelmontagen sind daher unzweckmässig. Eine gleichbleibende Treffpunktablage wird in Frage gestellt.
Im Vergleich:
Restlichtverstärker namhafter Hersteller mit 56mm Objektiven und adaptierten IR Aufheller, liegen im Vergleich bei ca. 800g und dies bei unpraktischer Gesamtbaulänge.

Ob diese Optiken unter das Verbot (nach Anlage 2 zu §2 bis 4 WaffG – Waffenliste-Abschnitt 1-Verbote Waffen – Nummer 1.2.4.2 ff.) fallen, ist meist fraglich.
Grundsätzlich gilt: Optiken mit einer fest montierten, eindeutigen Waffenmontage (vgl. Picatinny, EAW) und solche die als Zieloptik konzipiert, vermarktet und entwickelt, sind nach dem aktuellen WaffG in der BRD, verbotene Gegenstände.
Hersteller bedienen sich daher einer Präventivbeurteilung durch das BKA, sog. Feststellungbescheide.
BKA Feststellungsbescheid:
Bei diesem Dokument handelt es sich um eine Handlungsempfehlung, ausgestellt nach Einschätzung des Bundeskriminalamtes basierend auf bauartbedingter Merkmale. Beantragt wird dies meist bei rechtlicher Ungewissheit seitens des Herstellers. Der FB ist kein rechtlicher Freibrief, sondern eine (Handlungs-) Empfehlung vom BKA an behördliche Institutionen vgl. Zoll. Ob und inwiefern ein Gegenstand tatsächlich unter gesetzliche Restriktionen fällt, entscheidet schließendlich der richterliche Beschluß.
Daher gilt: Auch Optiken ohne Feststellungsbescheid sind nicht per se verbotene Gegenstände!

Marktübersicht der Optiken

Marktsichtung-Vorsatzoptiken

Gesamtübersicht der folgende Optiken

 

1. Nitehog TIR-M35 (Diana IR) TIR-35 Chameleon Multizweck Wärmebildgerät

Daniel-Jahnke

Herstellertext:
Das Nitehog TIR-M35 Multizweck-Wärmebildgerät ist ein hoch modernes Wärmebildgerät für die Naturbeobachtung bei Tag und Nacht. TIR-M35 Chamäleon Multifunktionales Wärmebildgerät. Das TIR-M35 ist ein Derivat vom Optix Diana IR bzw. der Wärmebildzieloptik RecognizIR 35 thermal sight. Die Optiken TIR-M35 SK und TIR-M35 Chameleon  sind technisch identisch, unterscheiden sich lediglich durch den Preis.

Hersteller: Optix AG Bulgarien, Vertrieben durch Nitehog Berlin
Detektor: ULIS ASi,  Auflösung 384×288 Pixel, 17 µm Pitch, shutterless
Bildfrequenz: 30 Hz
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: 35mm, f:1,25
Fokus Linse: manuell
Fokus Okular: manuell
Sehfeld: 11° diagonal
Winkelmaß für ein Pixel: 0.48 mRad = 24,2mm (Definition s. Textende)
Gewicht: 620g mit Batterien
Strom: 2x CR 115A, 2x RCR 115, 2x 16650
Betriebszeit: 3 Std.
Preis: 4.399,- EUR inkl. (Nitehog Chameleon)

Nitehog TIR-M50 Caiman

Nitehog Caiman

Mit dem neuen multifunktionalen Wärmebildgerät Nitehog TIR-M50 Caiman können Sie weiter und detailierter beobachten. Der bewährte Pixel Pitch von 17 µm des Microbolometers des Nitehog Caiman verfeinert die Qualität des farbigen Bildes und erlaubt hervorragende Sicht bei totaler Dunkelheit, feuchtem und nebligem Wetter.

Hersteller: Optix AG Bulgarien, Caiman Vertrieben durch Nitehog Berlin
Detektor: ULIS ASi Pico 640,  Auflösung 640×512 Pixel, 17 µm Pitch
Bildfrequenz: 30 Hz
Objektivlinse: 50mm
Fokus Linse: manuell
Sehfeld: 16° diagonal
Winkelmaß für ein Pixel: 0.34 mRad
Gewicht: 690 mit Batterien
Strom: 2x CR 115A, 2x RCR 115, 2x 16650
Betriebszeit: 3 Std.
Preis: 6.499,- EUR inkl. Nitehog Caiman

2. IWT GT Nano Wärmebildgerät

Nano GT

Herstellertext:
Das GT Nano ist das kleinste, einzigartiges multifunktionales Wärmebildvorsatzgerät der Welt.
Das GT Nano Wärmebildgerät ist identisch mit der IR&D LOKI oder Lynx Infrarotoptik.

Hersteller: IWT Moskau Russland, EU Niederlassung in Belgien.
Detektor: FLIR VoX, Auflösung 336×256 Pixel, 17 µm Pitch (keine Angaben zum Shutter)
Bildfrequenz: 9 Hz/ 30Hz (Detektor unterliegt US Restriktionen)
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: gemessen 25mm, f:1,5    (Herstellerangabe: 35mm)
Fokus Objektiv: fix / athermal
Fokus Okular: fix
Sehfeld: 18×14°
Winkelmaß für ein Pixel: 0.68 mRad = 20,4mm
Gewicht: 260 g
Strom: 2x CR123
Betriebszeit: 3 Std.
Preis: 7.400,- EUR inkl.

3. Dedal Ta2.331 / Dedal 336 GT /  TA2.642 Pro Vorsatzoptik

Dedal Ta2

Herstellertext:
Dedal Ta2.331 , Dedal TA2.642  -TA Serie – Multy-function – the device can be used as:
– Thermal vision clip-on sight in front of an objective
– Dedal 336 GT Wärmebildvorsatzgerät
– Thermal vision riflescope
– Dedal-GT1

Hersteller: Dedal Russland
Detektor: FLIR VoX Tau2, Auflösung 336×256 Pixel, 17 µm Pitch (Ta2.331) shutter
FLIR VoX, Auflösung 640×480, 17 µm Pitch (Ta2.642) shutterless
Bildfrequenz: 9 Hz (andere Anbieterangaben sind fraglich, da der Detektor US Restriktionen unterliegt)
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: 50mm, f:1,2
Fokus Objektiv: manuell
Fokus Okular: fix
Sehfeld: 6.5×5.0° / 12.4×9.3° (Ta2.642)
Winkelmaß für ein Pixel: 0.34 mRad = 17mm
Gewicht: 600g / 660g (Ta2.642)
Strom: 2x CR123
Betriebszeit: 3 Std.
Preis: ca 6.000,- EUR / 9.300,- EUR (Ta2.642)

4. Dedal Ranger

Dedal-Ranger

The Dedal Ranger TA2.380 is a multi-purpose front attachment that can be used for hunting, surveillance and outdoor activities. Dedal-382T2 is described as a device that can be used as, thermal vision clip-on sight, a supervision device and a thermal vision riflescope.

Hersteller: Dedal Russland
Detektor: ULIS ASi 384×288 Pixel, 17 µm Pitch
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: 50mm, f:1,2
Fokus Objektiv: manuell
Fokus Okular: fix
Sehfeld: 7,4×5,6°
Winkelmaß für ein Pixel: 0.34 mRad = 17mm
Gewicht: 640

Preis: ca 7.495,- EUR

5. Fortuna General

Fortuna general thermal sight

Herstellertext:

Portable thermal imager FORTUNA GENERAL is developed on the basis
of the latest miniature thermal vision microbolometer with two variants of
resolution 384×288 and 640×480 with high image frequency 50/25 Hz.
(Verfügbarkeit der Clip-on Version voraussichtlich Juni)

Hersteller: Fortuna Russland
Detektor: ULIS ASi, Auflösung 384×288 / 640×512 Pixel, 17 µm Pitch, keine Angaben zum Shutter
Bildfrequenz: 25/50 Hz
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: verschiedene Ausführungen
Fokus Objektiv: manuell
Gewicht: 390-580g
Strom: 2x CR123
Betriebszeit: 2,5 Std.
Preis: ca 5.550,- EUR (384×288 Pixel)

6. Pulsar CORE FXD50 / FLD50 / FXD55 / FXQ50

Pulsar-Core-2

Herstellertext:
Multipurpose thermal imaging device.

Hersteller: Pulsar / Yukon Weissrussland
Detektor: ULIS ASi, Auflösung 384×288 Pixel, 25 µm Pitch, 3 Kalibriermodi
Bildfrequenz: 50 Hz Pulsar Core FXD50 / Pulsar Core FXQ50
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: 50mm, f:1,2 (gemessen 42mm)
Fokus Objektiv: manuell
Fokus Okular: fix
Sehfeld: 10.9°
Winkelmaß für ein Pixel: 0.5 mRad = 25mm
Gewicht: 510g
Strom: 2x CR123
Betriebszeit: 3 Std.
Preis: ca 4.000,- EUR

7. Armasight Prometheus 336 2-8×25  auch vertrieben unter Nightspotter T25
Armasight Prometheus 336 3-12×42 auch vertrieben unter Nightspotter T42

Nightspotter-T25-

Herstellertext:
Das Wärmebildkamera Vorsatzgerät NightSpotter T25 oder Nightspotter T42 bzw. Nightspotter TC42 / TC , bietet den
höchstmöglichen Qualitätsstandard. Die Gehäuse sind
aus einem Aluminium-Stück gefräßt und entsprechen dem
“Militärstandard”.

Hersteller: Armasight USA (seit 08.2016 zur FLIR Gruppe gehörend)
Detektor: FLIR VoX Tau2, Auflösung 336×256 Pixel, 17 µm Pitch
Bildfrequenz: 25 Hz
Optische Vergrößerung: 1,6x
Objektivlinse: 25mm / 42mm, f:1,2
Fokus Objektiv: manuell
Fokus Okular: fix
Sehfeld: 13×10°
Gewicht: 700g
Strom: 2x CR123
Betriebszeit: 3 Std.
Preis: 6.990,- EUR (T42)


8. Lahoux LV-21

Lahoux-LV-21

Herstellertext:
Das Lahoux LV-21 ist der neue Wärmebildkamera-Vorsatz im High-End Wärmebildkamera Bereich von Lahoux Optics. Die Optik basiert auf der Archer TMA-30 Optik.

Hersteller: Archer Ukraine
Vertrieb: Lahoux Niederlande
Detektor: FLIR, Auflösung 336×256 / 640×512 Pixel, 17 µm Pitch, keine Angaben zum Shutter
Bildfrequenz: 9 Hz (andere Anbieterangaben sind fraglich, da der Detektor US Restriktionen unterliegt, betrifft die 640er Version)
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: 35mm, f:1,2
Fokus Objektiv: fix / athermal
Fokus Okular: fix
Sehfeld: 9.3×7.1°
Winkelmaß für ein Pixel: 0.48 mRad = 14,5 mm
Gewicht: 510g
Strom: 2x CR123
Betriebszeit: 3 Std.
Preis: ca 7.995,- / 11.200,- EUR (640×512)

 9. DIPOL TFA 1000 / DIPOL TFA 1200 /  auch vertrieben unter: JSA Nightlux TV M.A.U / TV
MAU V2 / Lynx Thermal 1-50 / TV Mau V3

Dipol TFA1000

Herstellertext:
Dipol Thermal imaging monocular TFA 1000 and TFA1200 is intended to be used together with day optical devices in conditions of various illumination (day, twilight, night) and limited visibility (fog, snow, rain etc.). DIPOL TFA1200  allows to detect movable and immovable objects which have temperature contrast, to be exact: people, animals, buildings, vehicles, etc.

Hersteller: DIPOL Weissrussland
Detektor: ULIS ASi, Auflösung 384×288 / 640×512 Pixel, 17 µm Pitch (TV MAU V3), shutterless
Bildfrequenz: 50 Hz
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: 50mm, f:1,0 / 40mm (TV MAU Kompakt)
Fokus Objektiv: manuell
Fokus Okular: fix
Sehfeld: 9.3×7.0° /  7.5×5,6° (TV MAU V3
Winkelmaß für ein Pixel: 0.42 mRad = 12,7 mm
Gewicht: 780g (Dipol TFA 1200 / TV MAU V3)
Strom: 2x CR123
Betriebszeit: 2,5 Std.
Preis: ca 6.990,- EUR (384×288 Pixel)

10. LIEMKE MILAN-35

12micron-inside

LIEMKE-Milan-35

Herstellertext:
Die LIEMKE MILAN-35 ist eine multifunktional einsetzbare Optik, ausgestattet mit neuester 12µm VOx Technologie. Erleben Sie die unübertroffene Detailschärfe der 12µm Generation.

Technische Daten:

  • VOx Detektor 640×480 Pixel
  • Bildfrequenz: 60 Hz
  • shutterless Funktionsweise
  • Winkelmaß für ein Pixel: 0.34 mRad / 34mm auf 100m
  • Betriebsdauer: > 5 Std.
  • Pitch: 12 µm
  • Gewicht: 430g
  • 8 Jahre Garantie

11. LIEMKE MERLIN-42 – leicht, präzise, zuverlässig –

merlin-42_Vorsatzoptik

Der MERLIN-42 besticht durch ein führendes Preis-Leistungsverhältnis unter den Wärmebild-Vorsatzopiken. Einfache und zuverlässige Handhabung sowie die Präzision in der Ausführung, sind die unschlagbaren Stärken dieser Optik.

Der MERLIN-42 kann handgeführt und als Vorsatzoptik für Tagesoptiken verwendet werden. Die Optik verfügt über einen integrierten Kompaß, Neigungsmesser sowie einen stadiametrischen Entfernungsmesser. Die Stromversorgung erfolgt über 2xCR123 Batterien/Akkus.

Der leistungsstarke VOx- Detektor und das LCOS- Display im QVGA-Format (1.280×960 Pixel) liefern kontrastreiche und scharfe Bilder. Die manuell fokussierbare 42 mm-Objektivlinse ermöglicht eine Detektionsreichweite
bis zu 1.482 m.

Technische Daten:

  • VOx Detektor 384×288 Pixel
  • Bildfrequenz: 50 Hz
  • shutterless Funktionsweise
  • Winkelmaß für ein Pixel: 0.44 mRad / 40mm auf 100m
  • Betriebsdauer: > 3 Std.
  • Pitch: 17 µm
  • Gewicht: < 470g
  • 3 Jahre Garantie

 

13. MERLIN-19 – multifunktionale Kompaktoptik –

merlin-19

Leicht, klein und leistungsfähig sind die unschlagbaren Stärken der MERLIN-19 Wärmebildoptik.

Der leistungsstarke VOx- Detektor und das LCOS- Display im QVGA-Format (1.280×960 Pixel) liefern kontrastreiche und scharfe Bilder im Taschenformat. Der MERLIN-19 verfügt über eine Detektionsreichweite bis zu 670 m.

Mit der manuell fokussierbaren 19 mm-Objektivlinse ist diese Optik mit einem Systemgewicht unterhalb von 250 g führend unter den Kompaktoptiken.

Technische Daten:

  • VOx Detektor 384×288 Pixel
  • Bildfrequenz: 50 Hz
  • auto/manuelle Kalibrierung
  • Winkelmaß für ein Pixel: 0.9 mRad / 90mm auf 100m
  • Betriebsdauer: > 3 Std.
  • Pitch: 17 µm
  • Gewicht: 250g
  • 3 Jahre Garantie

14. Guide Infrared TA435

Guide-TA435

Herstellertext:

TA435 helps to transform optic sight into a night vision sight, no re-zeroing required, easy to use, excellent imaging, compact and lightweight, durable, suitable to various environments.

Hersteller: Guide Infrared China
Detektor: Guide ASi, Auflösung 400×300 Pixel, 17 µm Pitch
Bildfrequenz: 50/60 Hz
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: 35/ 50mm
Fokus Objektiv: manuell
Sehfeld: 10,6×8°
Winkelmaß für ein Pixel: 0.48 mRad = 48mm (35mm Objektiv)
Gewicht: 400g
Strom: 2x CR123 /
Betriebszeit: 2,5 Std.
Preis: 3.950

15. NightSeer335C / Night Seer NS335-C / Night Pearl SEER 35 / Night Pearl Seer 50

nightpearl SEER35

Herstellertext:

Thermal Front Attachment. The NightSeer 335C thermal clip on converts your existing day scope to thermal and provides excellent target acquisition and aiming capabilities

Hersteller: HUBEI CONO Technology Co., Ltd / China
Detektor: ASi, Auflösung 384×288 Pixel, 17 µm Pitch
Bildfrequenz: 50/60 Hz
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: 18/24/50 mm
Fokus Objektiv: manuell
Sehfeld: 10,6×8°
Winkelmaß für ein Pixel: 0.48 mRad = 48mm (35mm Objektiv)
Gewicht: 350g
Strom: 2x CR123 /
Betriebszeit: 2,5 Std.
Preis: 4.498,-

 

16. Electrooptic Strix-F Vorsatz / STRIX-F40

Strix-F Vorsatzoptik

Herstellertext:

Thermal clip-on STRIX-F is a simple transformation of day scope into thermal one.

Hersteller: Electrooptic Weißrussland
Detektor: IRay VOx, Auflösung 384×288 Pixel, 17 µm Pitch
Bildfrequenz: 50/60 Hz
Optische Vergrößerung: 1x
Objektivlinse: 40/54/75
Fokus Objektiv: manuell
Sehfeld: 10,6×8°
Winkelmaß für ein Pixel: 0.42 mRad (40mm Objektiv)
Gewicht: 480g (40mm)
Strom: 2x CR123 /
Betriebszeit: 2,5 Std.
Preis: 4.890,-

 

 


Die Gewichtangaben aller Optiken sind jeweils ohne Klemmadapter, für ein 56er Adapter sind ca. 90g zu  veranschlagen

Empfehlung:
Achten Sie beim Erwerb von Optiken mit US Detektoren (z.B FLIR) die lt. Angaben des Herstellers eine Bildfrequenz von >9Hz haben, dass im Beipackzettel des Verkäufers versichert wird, dass die Optik KEINEN Exportrestriktionen unterliegt. Der Zettel hilft bei unangemeldeten Hausbesuchern, denn beim Detektortuning verstehen US Behörden keinen Spass.

Definition Winkelminute und mRad: (Auszug)
Eine Winkelminute (Minute of Angle – MOA) ist der sechzigste Teil eines Winkelgrades.
Ein Kreis hat 360°, jedes Grad hat 60 Winkelminuten, demnach besteht ein Kreis aus 21.600 Winkelminuten.
Ein Kreis mit einem Radius von 100 Metern (Schütze = Mittelpunkt, Ziel liegt auf dem Kreisumfang) hat einen Gesamtumfang von 628,319 Metern, oder 62831,9 cm. Geteilt durch die 21.600 entspricht eine Winkelminute dann 2,9088 cm (auf dem Kreisumfang, aber der ist bei einem Kreisdurchmesser von 200 Metern auf eine Grade vereinfachbar).
Eine Genauigkeit von 1 MOA würde also einen Kreis von ca. 2,9 cm auf einer Kugelschale um den Schützen beschreiben.
Der Radiant (rad) nutzt ein anderes Konzept, um eine Winkelöffnung zu beschreiben.
Als Norm wird hier ein Kreis mit einem Radius (r) von 1 Meter herangezogen.
Der Umfang wird mit 2 π r berechnet und beträgt demnächst ~6,283m (π = Pi)
Das Winkelmaß 1 Radiant bezeichnet jetzt den Winkel, der benötigt wird, um 1 Meter dieses Umfangs zu beschreiben. In eine “normale” und einfach begreifbare Einheit umgerechnet heisst das:
2 π rad = 360°
1 rad = 57,2958°
1 mRad ( milli-rad) = ein Tausendstel dieses Wertes:
1 mrad = 0,0573°
1 mRad = 10cm / 100m
1 mrad = 3,438 MOA / 1 MOA = 2,9cm