Binokulare Wärmebild Zieloptik

Bussard-50 binokulare Zieloptik – Eine Studie

bussard-bino-scope_3

Verlust der Sinnhaftigkeit ODER eine durchaus sinnige Lösung?
Das ist die Grundsatzfrage dieser Studie.
Wer die Vorteile einer binokularen Optik kennt, insbesondere die hierdurch mögliche stereokopische Wahrnehmung, wird eine Binooptik immer für die Observation bevorzugen.

Bussard-bino-scope_1

Was spricht also degegen, diese Vorteile bei einer Zieloptik zu verwenden?
– Rückstoßgefährdungspotential? NEIN
– Eine Verrenkung der Kopfposition? NEIN; bei unserer Bussard-Bino Version können beide
Okulare in der X-Ebene verschoben werden, sodass eine angenehme Anschlagsposition möglich ist.
– Gewicht? NEIN

bussard-bino-scope_2

Was spricht dafür?
Ein doppeltes erleben des Geschehens und somit eine sichere und womöglich präzisere Ausführung des eigentlichen Zwecks im Vergleich einer monokularen Optik:
Einen weidgerechten Schuss anzutragen.

Antworten auf die Sinnhaftigkeit und Feldtauglichkeit werden wir sicherlich in einer bevorstehenden Testreihe erhalten.

Das Bussard-35 Konzept

„Aus der Zielsetzung heraus eine technisch führende Optik zu erstellen“

Durch unsere langjährige Erfahrung mit unterschiedlichsten Wärmebildoptiken und Herstellern ist 2015 die Entscheidung gefallen eine Optik zu entwickeln, die einen neuen technischen Standard setzt. Faszinierende Bildqualität, intuitive Bedienung, einfache Handhabung und Robustheit waren die maßgeblichen Vorgaben an das Entwicklungsteam.

liemke-bussard-35-w

Die 640×480 Pixel Auflösung 12µm Pitch VOx Detektorgeneration wird die nächsten zwei Jahre Stand der Technik sein und ist somit für uns die wegweisende Technik und Grundlage für die Bussard Baureihe.

Das Bussard Konzept zeichnet sich aus durch die modulare Bauweise. Der Anwender hat die Möglichkeit die Optik einsatzspezifisch zu konfigurieren. Ob als handgeführte mono-, binokulare oder als waffengestützte Optik (Exportversion TM640-W).
Durch wechselbare Batteriekontainer, kann der Kunde zwischen 4x AA oder 4xCR123 Batterien wählen.

bussard-35-modular

Die Bussard Optik ist ausgelegt für extreme Einsatzbedingungen, Impulsbelastungen und erfüllt Standards nach MIL-STD-810F und -461E. Durch die Verwendung bewährter Komponenten aus dem militärischen Bereich, sowie die kompromisslose Auswahl von Materialien, Fertigungsverfahren (kein Spritzguss) und Lieferanten.
Die Bussard Baureihe ist konzipiert für den behördlichen und professionellen Anwender der eine führende LWIR Optik sucht, die für die nächsten zwei Jahre Stand der Technik ist.

Wir bieten unseren Kunden durch das Bussard Konzept mit der Technologie zu gehen, d.h. die Optiken können mit einer neuen Detektorgeneration neu konfiguriert und auf den zukünftigen Technologiestand gebracht werden.
Nachhaltiges Produktdesign bedeutet für uns bewährte, nicht dem technologischen Verschleiß unterliegende Komponenten wie z.B Gehäuse und hochwertige Okulare, weiter zu  verwenden.
Qualität nach unseren Maßstäben definiert sich über Langlebigkeit, die nicht abhängig ist vom technologischen Werteverfall und auch nicht von einer im Vorfeld geplanten konstruktiv sowie materialbedingten begrenzten Lebensdauer.
Der Anschaffungspreis ist bestimmt durch Wirtschaftlichkeit. Wir bieten unseren Kunden die Bussard Optik vielseitig einzusetzen und somit eine maximale Einsatzwertsteigerung zu erreichen.
Neben der handgeführten mono-binokularen sowie der Einsatz als reine Wärmebildzieloptik (Exportversion), werden weitere Anwendungsapplikationen folgen, mit denen der Anwender die Bussard Optik vielseitig und noch wirtschaftlicher einsetzen kann.
Stadiametrische Entfernungsmessoptionen oder kundespezifische Menüerweiterungen wie Zielabsehen oder Bewegungsdetektionsfunktion, können und werden wir als Softwareupdate zur Verfügung stellen.

LIEMKE-Bussard-Modellvarianten

Unser Garantieversprechen:
Mit der Bussard Optik erwerben Sie ein hochwertiges Qualitätserzeugnis für das wir eine weltweit gültige Garantie von 8 Jahren für die Gehäusekomponenten und eine Gewährleistungsfrist von 3 Jahren für den Detektor gewähren: Beim Auftreten von Material- und/oder Fertigungsfehlern übernehmen wir für die gesamte Laufzeit der Garantie die Materialkosten, wobei wir uns vorbehalten, das Gerät oder das defekte Teil nach eigenem Ermessen instandzusetzen oder auszutauschen. Während der ersten fünf Jahre übernehmen wir zusätzlich auch die Kosten für die Arbeit. Durch die Garantie wird die gesetzliche Gewährleistungspflicht nicht eingeschränkt. Bei Änderung der Produktpalette behalten wir uns das Recht vor, defekte Optiken zu reparieren oder durch gleichwertige zu ersetzen. Die Garantie gilt nicht bei Reparaturen durch einen nicht von uns durchgeführten Servicedienst und bei Schäden, die durch unsachgemäßen Gebrauch verursacht wurden; ebenso nicht für mittelbare oder unmittelbare Schäden, die durch Defekte am Gerät entstanden sind. Von der Garantie sind Komponenten ausgeschlossen, die einem natürlichen Verschleiß unterliegen, wie Augenmuscheln, Trageriemen, etc.
Sollte eine Bussard Optik, aus welchen Gründen auch immer, einmal nicht einsatzfähig sein, erhält der Kunde innerhalb von 3 Tagen eine Ersatzoptik.

MADE IN GERMANY bedeutet für uns Produktqualität und Kundenservice aus einer kompetenten Hand in Deutschland.

“Lassen Sie sich von Ihren eigenen Augen begeistern”

 

ULIS verkündet die Markteinführung des 12µm Asi Detektors mit 320×240 Pixel

Der Detektorenhersteller ULIS aus Frankreich verkündet die Produktion des neuen Atto320. Das erste Produkt aus der neuen 12µm Pitch Sensoren Familie. Der neue voll digitale Atto320 Sensor mit einer Auflösung von 320×240 Pixel verbraucht weniger als 220mW Strom und verfügt über 60 Hz Bildfrequenz.

ULIS-Atto-320

ULIS believes in constant innovation and is proud to announce its very first 12-micron product, manufactured using its unique 12-micron pixel pitch manufacturing technology,” said Sebastien Tinnes, marketing manager at ULIS. “Atto320 is the first in our next-generation 12-micron product line. It showcases our expertise in developing innovative products for camera makers seeking more compactness and performance attributes that bring greater competitive advantages. This is a major step forward in our ability to fulfill our customers needs in optimizing the cost, compactness and performance of their systems.

ULIS-atto320

Die Verfügbarkeit der 640×480 Pixel Version ist nicht vor 2018 geplant. Die großen ULIS Konsumgüterhersteller vgl. PULSAR/YUKON aus Russland, werden sicherlich auf der IWA 2018 die ersten Prototypen mit dem Atto320 ausstellen.
Das für den Endkunden vorteilhafte Wettrennen der Detektorenhersteller stellt die großen Hersteller von Endgeräten vor zunehmende Problemen. Wer versucht Preisreduktion durch die Abnahme von hohen Stückzahlen zu erreichen, riskiert Ladenhüter durch alte Technik und ist gezwungen durch Preisreduktion “Land zu gewinnen”, dies erleben wir gerade im Markt, gut für den Endkunden. Die Produkthighlighs auf den Messen im Jahre 2018 werden bestimmt von der 12µm Detektor Generation.

ULIS12

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

—————————————————————————————

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.

 

——————
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..

 

Keiler-25 Optik für den Drohneneinsatz

Wenn Sie eine Wärmebildkamera für die Drohnenadaption suchen, die Keiler-25 kann es..
Folgend teilen wir einen Kundenbeitrag und sagen herzlichen Dank dafür!

Hallo Liemke Team,

ich bin seit ca einem halben Jahr stolzer Besitzer einer Keiler 25.
Vor kurzem habe ich neben dem „normalen“ Einsatzbereich noch einen weiteren entdeckt.
Das könnte eventuell Eure Jungs von der Technik interessieren.
Durch den Videoausgang und das geringe Gewicht der Keiler 25 ist es möglich, nach ein paar Modifikationen des Kabels ect,
das Ganze auch zur Kitzsuche per Drohne zu nutzen.
Somit habe ich eine Wärmebildkamera zur Nachsuche, den Ansitz und zur Kitzsuche .

Viele Grüße und macht weiter so …..

Keiler-25-Drohne-3

Keiler-25-Drohne-2

Keiler-25-Drohne-1

The Shrinking Paradigm Change

Why are traditional optic manufacturing companies faced with a fast need for change?

Recent years, traditional sport optics manufacturers are faced with an increasing market demand for optronic products. It seems to be that all is about to:
“Be optronic or not to be optronic”

The time has gone that innovation can be sold via bigger lenses or better lens coating.
We have reached a technical level where the footprint e.g. design of optics is shrinking instead of growing.
It is hard for them to hear, but true that you do not need a 56mm lens anymore, either in your hand or at your scope.
With the optronic deal, you get the light for free, there is no need to “collect” or even intensifie it anymore.

Generation-change

The above picture shows on the left side a 11x80mm binocular, sold as a “very low light” bino for twilight use. On the right sight is shown a compact handheld thermal imager typ Keiler-25.
Technically wise, the thermal imager nearly 99% compensates the bino, esthetic wise the bino outperforms the thermal more than 110%.

esthetic

The market driven pull effect gives optic companies two choices, either change and adapt fast or watch the train from behind.
As we know, companies like Swarovski already started to move in the right direction, as they  currently work on a handheld thermal imager which will be launched latest at the IWA show 2018.
Leupold launched beginning 2017 the LTO Tracker, utilizing the Raytheon 206×156 Pixel 12µm Pitch detector, same as used for the Seek RevealXR handeld thermal imager.

Leupold-LTO-Tracker

Trijicon optics recently bought the innovative thermal imager manufacturer IRD Defence and startet their new Electro Optics devision.

——————
Is anyone out there still using a tube driven TV?
Exactly, we are in the HD age on the flat and curved wave.
Got pixels?
Yes, certainly but please not less than 3840×2160
—————–

Resume:
We will be experiencing, that the small innovative companies will beat the big ones, once again.
Big steps and innovation in the hunting/outdoor market will be seen in the optic sector and not on anti tick trousers our pink colored AR-15 plattforms.
Light intensifier products will be compensated by digital CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) optics and traditional “daylight” optics will be fitted in the transition phase firstly with digital features such as Bluetooth link to e.g. ballistic Apps, such as the Swarovski dS 5-25×52 P and then go 100% optronic.
We talk again in 2018..

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

——————————————–
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!

 

FLIR Scout III 320 vs. KEILER-25

Ein Praxisvergleichstest zwischen:
FLIR Scout III 320 und KEILER-25 Wärmebildoptik

Keiler-Flir-Vgl_w

1. Leistungsdatenvergleich
320 vs Keiler-25

2. Messung der Bildschärfe
Versuchsaufbau besteht aus einer beheizten Messplatte mit unterschiedlichen Konturen auf einer Betrachtungsdistanz von 50m:
distanz-setup_w
Die Bilddaten werden bei der FLIR Scout III 320 Optik per Videokabel auf einen externen Videorekorder übertragen. Bei der Keiler-25 Optik erfolgt die Bilddatenspeicherung per WiFi auf einem Smartphone.

a) Ergebnis mit 1-fach Zoom
FLIR-320-no-zoom_w  Keiler no zoom

b) Ergebnis mit 2-fach Zoom
FLIR-320-2-Zoom_w Keiler 2x zoom

3. Messung der Temperaturempfindlichkeit
Zur Darstellung der Temperaturempfindlichkeit bieten sich zwei Aufbauten an:
a) die Betrachtung von Nummernschildern auf “kurzer” Distanz. Die schwarzen Schildziffern können durch ihre unterschiedliche IR Abstrahlung, je nach Detektorempfindlichkeit, auf der jeweiligen Distanz gelesen werden.

nplate-setup_w2

b) Man simuliert die Betrachtung durch den “Bewuchs” mit einem Tarnnetz oder vgl..
Je nach Detektorempfindlichkeit kann die Wärmekontur dahinter mehr oder weniger erkannt werden.
Dieser Aufbau schien uns realitätsnäher und wurde hierbei verwendet.
man-covered_w2

FLIR-320-uncovered_w Keiler uncovered

FLIR-320-covered_w Keiler covered

Die jeweiligen Vergleichsbilder wollen wir nicht im einzelnen kommentieren und überlassen die Interpretation dem Betrachter, jedoch stellen wir fest, dass z.B die optische Vergrößerung sowie die Bildschärfe bei der FLIR Kamera nicht mit den zu erwartenden Leistungsdaten stimmig ist.
Es sei angemerkt, dass die Bildschärfe bei den per Kabel oder WiFi übertragenen Bildern unabhängig von der Dioptrieneinstellung des Okulares ist und somit nicht beeinflusst werden kann.

Fazit:
Aus unser Betrachtungsweise ist die Preisdifferenz zwischen den beiden Optiken von ca. 400 EUR nicht leistungstechnisch erkennbar und gerechtfertigt. Interessant ist auch, dass der FLIR VOx Detektor mit 17 micron Pitch von der theoretischen Seite her betrachtet besser performen sollte, dies konnten wir nicht mit unserem Versuchsaufbau darlegen.

Entscheidend zur Beurteilung des Gesamtleistung einer Optik ist, wie dieser Vergleich zeigt, nicht der einzelne Parameter z.B. der Pitchwert, sondern die Qualität des Gesamtsystems.
Beide im Test verwendeten Optiken werden in Asien hergestellt, jedoch liegt die Gesamtperformance in der Abstimmung der entscheidenden Komponenten und Software.
Wir raten daher, bevor Sie eine Wärmebildkamera erwerben, vergleichen und testen Sie mit Ihren eigenen Augen und verlassen Sie sich nicht alleinig auf Glanzprospekte und bekannte Marken.

Frage: 640×480 oder 320×240 Pixel Auflösung bei Vorsatzoptiken?

Welchen Vorteil haben Vorsatzoptiken mit 640×480 gegenüber 320×240 Pixel Auflösung?


Die Pixelanzahl alleine heisst rein GAR NICHTS::
Auflösung = pixel pitch / Brennweite (kleiner ist besser, Winkel/Pixel)
Gesichtsfeld = Pixelanzahl * pixel pitch / Brennweite * Abstand
(Gesichtsfeld = Sehfeld , Diagonale oder x oder y ist da egal – da wir hier nur von 640/320 sprechen ist es konkret auf die x-Achse bezogen, gilt aber in allen Richtungen)

Gehen wir mal von DEMSELBEN Objektiv aus, sowie von gleicher Pixelgröße.
Dann ist:
Auflösung (640)      = Auflösung (320)
Gesichtsfeld (640) = 2 * Gesichtsfeld (320)

Bei einem Clip-On wird jetzt das Gesichtsfeld sowieso nicht genutzt, daher bringt das grössere Gesichtsfeld der 640er Kamera nichts.
Beim Clip-On wird das Sehfeld vom Tageslicht-ZF gemacht, da da ja eine Vergrösserung drin ist, also vom Display der IR-optik nur ein kleiner zentraler Teil benutzt wird.
Ein **NUR** als clip-on benutztes IR-Gerät ist konstruktiv meist anders ausgelegt als ein allgemeines IR-Gerät für allgemeine Anwendungen. Bei einer 320er Kamera ist das Bild meist KLEIN gemacht, d.h. auch nur den zentralen Teil des Displays zu benutzen, bei DERSELBEN HOHEN AUFLÖSUNG für die man sonst eine 640er Kamera benötigen würde. Das Gerät ist dann aber eben NUR als Clip-On geeignet, es sei denn man verwendet bei Zoom x2
dann ein grösseres Display.

Vergleichen wir zwei Geräte, die GLEICHE WINKELAUFÖSUNG haben (d.h. Pixelsize/Brennweite ist gleich = gleiche Frontlinse!) und auch GLEICHE PIXELGRÖSSE IM DISPLAY:
a) 320-er Kamera: bei 1:1 elektronischem Zoom werden nur die zentralen 320 Pixel im Display benutzt.
Bei x2 Zoom wird jeder Pixel verdoppelt auf dem Display, d.h. wir haben jetzt halbe Auflösung, aber volles Gesichtsfeld verglichen mit dem 640er.
b) 640-er Kamera: bei 1:1 elektronischem Zoom werden volle 640 Pixel im Display benutzt, Sehfeld doppelt so groß wie bei 320er.
Bei 1/2 Zoom haben wir EXAKT das Bild der 320er Kamera.

Den Zoomprozeß zeigt das folgende Schaubild

Zomm_k

“Wer zoomen will braucht Pixel, vgl. PS beim PKW”
diese zeigt rechts anschaulich der folgende Youtube Film

Also ist für ein Clip-On die 320er Kamera gerade so gut.
Anders sieht das aus wenn die 640er Kamera ein Objektiv mit der DOPPELTEN Brennweite wie das Objektiv der 320er Kamera benutzt. Dann ist:
Auflösung(640) = Auflösung(320) / 2, also doppelt so gut
Gesichtsfeld(640) = Gesichtsfeld(320)
In diesem Falle ist die 640er Kamera doppelt so gut wie die 320er. Das macht man aber nur dann wenn man das Gesichtsfeld zu irgendwas mal braucht.
Durch Wahl der Brennweite dazwischen lässt sich auch jeder Zwischenzustand realisieren. Wenn es also um ein Gerät für die Anwendung ***NUR*** als Clip-on geht, d.h. wird für sonst NICHTS angewendet, dann ist die 320er Kamera gerade so gut; das entspricht auch dem zoom 1/2 bei der 640er Kamera.

Bildwiederholungsrate (HZ)
Diese hat, wie richtig erwähnt, nichts mit der Bildqualität zu tun, ABER ist für eine weidgerechte Bejagung umso wichtiger. Wer mit einer 9 Hz Clip-On Optik jagen geht, riskiert fatale „falsche“ Treffpunktablagen, da das Bild der Kamera nicht ein reales Bild darstellt (zeitverzögert). „Der Keiler zieht und der Schütze hingt hinter her..“ also finger weg von diesen Optiken!

Zusammengefasst
Mann kann sagen: Je kleiner der Pitch des Detektors, desto schärfer das Bild, dies ist grundsätzlich im optimierten Gesamtsystem begründet (neuere, bessere Fertigungsverfahren, Software, leistungsfähigere Komponenten etc., vgl. der PC Prozessoren).
ABER auch hier gibt es Ausnahmen, wie dieser Optikvergleich zeigt.

Wir bevorzugen und empfehlen 640×480 Pixel Optiken vor 320er, da diese:
a) einer neueren Entwicklungsgeneration entsprechen und
b) nach unseren Vergleichen zu 98% über eine bessere Leistung (Schärfe und Temperatursensibilität) verfügen.

Bei einer Wärmebildkamera kann nicht der einzelne Parameter zur Bestimmung der Gesamtleistung herangezogen werden. Entscheidend sind im wesentlichen:
Pixel Pitch des Detektors / Pixel Pitch sowie Pixelanhzahl des Displays / Brennweite / Linsenvergütung / Software / u.m.

Beispiel:
Ein PKW mit 6 Zylinder Motor aus dem Jahre 1980 fährt nicht so gut (Effizienz, Fahrgefühl etc., wie ein PKW mit 6 Zylinder aus dem Jahre 2017, dies liegt in der Optimierung des Gesamtsystems.
“17µm Optiken sind also nicht gleich 17µm Optiken” !

……..
Der Vorteil einer Wärmebildoptik gegenüber eines Restlichtverstärkers ist, dass Sie sofort mit Ihren eigenen Augen die Qualität der Optik erkennen können. Eine “Verschönung der Leistungsdaten” durch einen IR Aufheller ist nicht gegeben und erst recht nicht erforderlich.
Da Restlichtverstärker im jagdlichen Bereich zu 99% mit IR-Aufhellern eingesetzt werden,
ist nur die Röhrenkennzahl Linienpaare pro Millimeter (lp/mm) relevant. Aber diese Tatsache wird nur den wenigsten Kunden erklärt und somit viel Geld “aus dem Fenster geworfen” für Leistungsmerkmale die nie zum Einsatz kommen.

Die Röhren Generationsmogelei bei Restlichtverstärkeranbietern hat mittlerweile überhand genommen. Man könnte meinen, dass nur noch Umsatz über Super-Hyper-Extended-GenXY Phantasiebezeichnungen anstelle von klaren für den Anwender verständliche und messbare Leistungsdaten generiert werden kann.
……..

Unsere Empfehlung
Laden und probieren Sie unsere LIEMKE Wärmebild Leistungs App. Hiermit können Sie den IFOV (Pixel mRad) für eine x-beliebige Optik nach den Johnson Kriterien ausrechnen und sich die Leistungsdaten anzeigen lassen.

———————-

“You can’t depend on your eyes when your imagination is out of focus.” ~Mark Twain