I progressi nei sistemi di imaging MWIR di serie possono ridurre i tempi di sviluppo di due anni

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Soluzioni integrate di ottica con zoom continuo e MWIR

Le termocamere midwave (MWIR) sono da tempo la soluzione preferita per ottenere dettagli chiari delle immagini termiche a distanze superiori a un chilometro (km) in applicazioni di difesa, rilevamento di droni e sistemi anti drone, sicurezza e sorveglianza a lungo raggio. Per soddisfare questi requisiti di imaging, sono comunemente integrate con un gruppo obiettivo con zoom continuo (CZ). Lo sviluppo di termocamere personalizzate e obiettivi CZ può essere dispendioso in termini di tempo e risorse e può quindi rivelarsi complicato. Tuttavia, le recenti innovazioni tecnologiche nelle soluzioni di serie disponibili per lo sviluppo della piattaforma MWIR ora offrono agli integratori risparmi significativi sui costi, ottimizzazione delle prestazioni, riduzione dei rischi tecnici e miglioramenti dei programmi. Gli integratori hanno potuto constatare una riduzione dei tempi di sviluppo di almeno
due anni.

Tradizionalmente, gli integratori delle piattaforme di imaging MWIR dovevano lavorare con più aziende per procurarsi il gruppo sensore, l’ottica e i componenti del sottosistema elettrico. Con il lancio da parte di Teledyne FLIR di numerose nuove termocamere MWIR e gruppi di obiettivi CZ a partire dal 2021, gli integratori ora hanno accesso a sistemi di serie o semi-personalizzati tramite un singolo partner di produzione che offre vantaggi di progettazione, integrazione, assistenza e supporto.

Questo documento esamina le sfide tradizionali della progettazione della piattaforma di imaging MWIR e illustra come, rivolgendosi a un unico fornitore di soluzioni, sia possibile ridurre i tempi di immissione sul mercato, la complessità e l’accessibilità, e ottimizzare dimensioni, peso e prestazioni (SWaP).

Progressi nelle termocamere MWIR e nella tecnologia degli obiettivi CZ

I progressi nei sensori MWIR ad alta temperatura operativa (HOT) hanno consentito miglioramenti SWaP a livello di sistema della termocamera, nonché tempi di acquisizione delle immagini più rapidi, rendendo i moduli termocamera HOT MWIR perfetti per droni, sistemi di intelligence, sorveglianza e ricognizione (ISR) e applicazioni spalleggiabili come i mirini.

Progressi altrettanto importanti sono stati compiuti per quanto riguarda la tecnologia degli obiettivi MWIR CZ. A differenza degli obiettivi zoom nel visibile, tradizionalmente le ottiche MWIR CZ erano più complesse e costose a causa dei materiali specifici richiesti e della sfida intrinseca che comportava il mantenimento della messa a fuoco nell’intera portata dello zoom, specialmente durante il funzionamento in un’ampia gamma di temperature. Ora, con strumenti di progettazione ingegneristica migliorati, nuovi materiali ottici e tecniche di produzione automatizzate, gli integratori possono usufruire dello sviluppo di diversi nuovi gruppi obiettivo CZ con prestazioni ottimizzate SWaP.

Sfida di progettazione tradizionale

Figura 1. Gruppo esploso di Teledyne FLIR Neutrino LC con obiettivo integrato 19-290 CZ

Una termocamera MWIR è costituita da più sottosistemi. Spostandosi da sinistra a destra (Figura 1), l’ottica con zoom continuo determina il campo visivo (FOV), o l’ingrandimento ottico, della termocamera. L’obiettivo acquisisce e concentra l’energia MWIR sul Focal Plane Array (FPA) all’interno di un gruppo refrigeratore integrato (IDCA). L’elettronica della termocamera elabora le informazioni dall’IDCA in dati utilizzabili o un’immagine che supporta l’output della termocamera e il software di comando e controllo.

Il metodo tradizionale per ottenere e integrare queste soluzioni spesso richiedeva lo sviluppo di requisiti per sotto-unità separate e l’utilizzo di diverse fonti per sviluppare un sistema MWIR CZ. Durante lo sviluppo di requisiti per sotto-unità separate, gli integratori devono considerare più parametri prestazionali e consolidarli a livello di sistema per supportare i fornitori di obiettivi e IDCA. Vedere la Tabella 1 di seguito, che illustra alcuni esempi. Ciò potrebbe funzionare nel caso di progetti con risorse adeguate, requisiti unici e tempistiche più lunghe, ma, come per le termocamere CMOS, il settore sta sempre più riconoscendo il valore di collaborare con un unico fornitore che possa fornire una soluzione conveniente, disponibile sul mercato e ad alte prestazioni il più rapidamente possibile.

Oltre alle considerazioni descritte nella Tabella 1, questi sistemi di imaging MWIR possono anche subire una riduzione delle prestazioni e dell’affidabilità a causa di compromessi di compatibilità. Ciò può implicare una perdita di efficienza e un’eccessiva complessità nel processo di sviluppo e integrazione, nell’approvvigionamento, nella produzione e nel supporto del sistema.

Tabella 1. Esempi di considerazioni sulla progettazione delle termocamere MWIR con ottica CZ

Integrazione e supporto di sottosistemi separati

In seguito alla progettazione, l’integrazione di sottosistemi di più fornitori può presentare ulteriori sfide. Gli obiettivi CZ a infrarossi sono estremamente complessi e richiedono un allineamento di precisione in cinque assi. Ciò richiede una spesa di capitale significativa, che può potenzialmente superare i 400.000 dollari con l’acquisto di apparecchiature come collimatori, camere di prova, corpi neri, apparecchiature di test MTF e stazioni per test di vibrazione. I tecnici e gli ingegneri di test altamente specializzati devono quindi essere formati e finanziati per supportare l’integrazione. Inoltre, i protocolli software possono anche differire per ogni sottosistema rendendo più complicati sia l’integrazione che il supporto.

Una volta che le soluzioni integrate sono sul campo, anche la manutenzione e l’assistenza possono essere difficili da eseguire. In generale, per ottenere risoluzioni soddisfacenti, l’assistenza tecnica al cliente deve essere gestita dall’integratore insieme ai fornitori di IDCA e di sottosistemi di obiettivi. Un’unità riconsegnata per la manutenzione o riparazione deve inoltre essere presa in carico e trasferita dall’integratore prima che il relativo sottosistema possa essere inviato al fornitore per un’ulteriore presa in carico. Ciò aumenta il tempo necessario e i costi.

Figura 2. Il servizio di assistenza e garanzia può richiedere l’input dell’integratore e dei fornitori principali

Soluzioni di serie e semi-personalizzate

Per riassumere, una soluzione di serie (per esempio, la serie Neutrino® IS), al contrario di una soluzione personalizzata dell’obiettivo/termocamera, spesso fornisce un prodotto superiore grazie ai seguenti vantaggi:

• Ottimizzazione SWaP, usabilità e prestazioni delle immagini
• Le tolleranze ottica-telecamera garantiscono la migliore stabilità di puntamento della categoria
• I controlli software ed elettrici, semplificati e comuni, eliminano i problemi relativi all’interfaccia
• Meno parti in movimento, connettori, cavi e SDK software
• La termocamera e l’obiettivo presentano un allineamento di precisione e sono calibrati in fabbrica per garantire la massima qualità dell’immagine
• Un solo punto di contatto per tutti i servizi e l’assistenza tecnica

Teledyne FLIR aiuta i clienti a scegliere la soluzione più adatta alla loro applicazione tra le opzioni disponibili sul mercato o, in caso di interfaccia comune Neutrino SWaP Series, proponendo soluzioni semi-personalizzate che possono essere progettate e integrate più rapidamente e a costi inferiori rispetto a una soluzione completamente personalizzata. Ciò consente agli integratori di lavorare con un unico fornitore per soluzioni che includono rilevatori IR, motori di raffreddamento, obiettivi zoom, elettronica di termocamere/obiettivi e imballaggi.

Figura 3. Portafoglio della serie Neutrino IS di Teledyne FLIR (luglio 2022)

Impatto sul go-to-market

Grazie all’accesso a un ampio portafoglio di soluzioni di serie, disponibili potenzialmente in tre-quattro mesi, a seconda dei tempi di consegna, gli integratori possono significativamente ridurre i tempi e costi di sviluppo. Le soluzioni semi-personalizzate, che in genere richiedevano circa 18 mesi, ora possono essere acquisite entro sei-nove mesi. Invece, per i programmi di acquisizione con soluzioni personalizzate, gli sviluppatori devono pianificare 24-30 mesi dalla definizione dei requisiti fino alla qualifica finale. È importante notare che queste soluzioni personalizzate possono essere semplificate in modo significativo specificando i requisiti a livelli di assemblaggio più elevati, come quelli comunemente disponibili per i sistemi di telecamere commerciali nel visibile. La collaborazione con un unico fornitore di soluzioni integrate verticalmente implicherà un ciclo di progettazione più breve, un processo di approvvigionamento semplificato e una maggiore capacità di creare soluzioni affidabili.

Fai clic qui per saperne di più sulle termocamere e le soluzioni MWIR ad alte prestazioni di Teledyne FLIR.

Figura 4. Confronto di requisiti, sviluppo, integrazione e qualifica per soluzioni personalizzate, semi-personalizzate e di serie