Minimum Spot Size : 최소 스팟 크기
최소 스팟 크기는 온도계나 열화상 카메라와 같은 온도 측정 장치의 광학 해상도를 설명하는 일반적인 파라미터입니다. 이는 특정 거리에서 온도를 정확하게 측정할 수 있는 가장 작은 대상 크기를 의미합니다. 스팟 크기는 초점 거리와 함께 변하기 때문에 거리 대 스팟 크기 비율(D:S 비율)을 계산하는 것이 일반적입니다.
D:S 비율은 측정 거리(초점 거리) D를 측정 스팟 크기로 나누어 계산합니다. 이 비율은 다양한 거리에서의 스팟 크기를 결정하여 정확한 온도 측정을 보장하는 데 중요합니다. 정확한 온도 측정을 위해서는 대상 크기가 측정 스팟의 크기 이상이어야 합니다. 최소 스팟 크기는 측정 장치가 대상 에너지의 90%를 검출할 때의 스팟 직경으로 정의됩니다. 이 한계값은 보장되어야 하는 최소 스팟 크기의 크기를 설정합니다.
초점을 조절할 수 있는 장치에서는 전체 측정 범위에 대해 단일 D:S 비율이 적용됩니다. 스팟 크기는 거리와 함께 증가하지만 비율은 일정하게 유지됩니다. 반대로 소형 파이로미터와 같은 고정 초점 장치에서는 특정 초점 거리에서만 D:S 비율이 제공됩니다. 대상이 초점에서 벗어나면 D:S 비율이 감소하고, 그 결과 측정 스팟이 작아져 온도 편차가 발생할 수 있습니다.
광학적 관점에서 D:S 비율은 측정 장치의 초점 거리 F와 검출기 크기 d와 관련이 있습니다. 더 긴 초점 거리는 D:S 비율을 향상시키지만 측정 장치의 전체 크기도 증가시킵니다. 따라서 소형 장치는 보통 더 온건한 D:S 비율을 가지며, 이는 대상 물체가 크고 전체를 검사하여 물체 전체 크기에 대한 평균 온도를 측정해야 하는 일부 응용에서 유용할 수 있습니다.
열화상 카메라의 경우에도 최소 스팟 크기 개념이 관련됩니다. 검출기 배열의 각 픽셀은 잠재적 측정 스팟을 나타내며 순간 시야(IFOV)를 정의합니다. 픽셀 크기가 종종 작고 회절 한계로 인해 뚜렷한 점이 아닌 에어리 원판(Airy disk)이 생성되므로 높은 온도 정확도를 얻기 위해서는 한 개 이상의 픽셀이 필요합니다. 이 스팟 크기를 측정 시야(MFOV)라고 하며 보통 3×3 픽셀을 포함합니다. 이 경우 MFOV는 파이로미터의 측정 스팟과 비교할 수 있으며, 열화상 카메라에 대해서도 D:S 비율을 계산할 수 있습니다.
The minimum spot size is a common parameter used to describe the optical resolution of temperature measurement devices like thermometers or thermography cameras. It refers to the smallest target size at which a temperature can be accurately measured from a specific distance. Since the spot size changes with focal distance, it’s typical to calculate the distance to spot size ratio (D:S ratio).
The D:S ratio is computed by dividing the measurement distance (focal distance) D by the measurement spot size. This ratio is crucial for determining the spot size at various distances to ensure accurate temperature measurements. For accurate temperature measurement, the target size must be at least the size of the measurement spot. The minimum spot size is defined as the diameter of the spot size when the measurement device detects 90% of the target’s energy. This limit value sets the size of the minimum spot size that must be guaranteed.
In devices with adjustable focus, a single D:S ratio is applied for the entire measurement range. Although the spot size increases with distance, the ratio remains constant. Conversely, in fixed focus devices, such as compact pyrometers, the D:S ratio is given for a specific focal distance only. Shifting the target out of focus decreases the D:S ratio, resulting in a smaller measurement spot and potential temperature deviations.
The D:S ratio is related to the focal length F and detector size d of the measurement device from an optical standpoint. A longer focal length enhances the D:S ratio but also increases the overall size of the measurement device. Therefore, compact devices often have more moderate D:S ratios, which can be useful in some applications where the target object is large and needs to be tested in its entirety, taking an average temperature measurement over the total size of the object.
For thermal imaging cameras, the concept of minimum spot size is also relevant. Each pixel in the detector array represents a potential measurement spot, defining the instantaneous field of view (IFOV). Since the pixel size is often small and the diffraction limit creates an Airy disk rather than a sharp spot, more than one pixel is required to achieve high accuracy in temperature measurement. This spot size is known as measurement field of view (MFOV) and usually encompasses 3×3 pixels. In this case, the MFOV is comparable to the measurement spot of a pyrometer, and the D:S ratio can also be calculated for thermography cameras.