Minimale Messfleckgröße (Minimum Spot Size)

Die minimale Messfleckgröße ist ein gebräuchlicher Parameter zur Beschreibung der optischen Auflösung von Temperaturmessgeräten wie Pyrometern oder Wärmebildkameras. Sie bezeichnet die kleinste Zielgröße, bei der eine Temperatur aus einer bestimmten Entfernung noch genau gemessen werden kann. Da sich die Messfleckgröße mit der Fokussierdistanz ändert, wird üblicherweise das Verhältnis Entfernung zu Messfleckgröße (D:S-Verhältnis) berechnet.

Das D:S-Verhältnis ergibt sich aus dem Quotienten der Messentfernung (Fokaldistanz) D und der Messfleckgröße. Dieses Verhältnis ist entscheidend, um die Messfleckgröße in Abhängigkeit von der Entfernung zu bestimmen und somit eine präzise Temperaturmessung sicherzustellen. Damit eine genaue Messung möglich ist, muss die Zielgröße mindestens der Messfleckgröße entsprechen. Die minimale Messfleckgröße ist definiert als der Durchmesser des Messflecks, bei dem das Messgerät 90 % der vom Ziel ausgestrahlten Energie erfasst. Dieser Grenzwert legt die Größe des kleinsten Messflecks fest, der für eine genaue Messung gewährleistet sein muss.

Bei Geräten mit einstellbarem Fokus wird ein einziges D:S-Verhältnis für den gesamten Messbereich angewendet. Obwohl die Messfleckgröße mit zunehmender Entfernung wächst, bleibt das Verhältnis konstant. Im Gegensatz dazu gilt bei Geräten mit festem Fokus – wie etwa kompakten Pyrometern – das D:S-Verhältnis nur für eine bestimmte Fokaldistanz. Wird das Ziel aus der Fokusebene verschoben, verringert sich das D:S-Verhältnis, was zu einem größeren Messfleck und potenziellen Temperaturabweichungen führt.

Optisch betrachtet hängt das D:S-Verhältnis mit der Brennweite F und der Detektorgröße d des Messgeräts zusammen. Eine längere Brennweite verbessert zwar das D:S-Verhältnis, vergrößert aber auch die physische Abmessung des Geräts. Daher besitzen kompakte Geräte meist moderate D:S-Verhältnisse – was in Anwendungen von Vorteil sein kann, bei denen das Zielobjekt groß ist und vollständig erfasst werden soll, um eine gemittelte Temperaturmessung über die gesamte Fläche zu erhalten.

Bei Wärmebildkameras ist das Konzept der minimalen Messfleckgröße ebenfalls relevant. Jedes Pixel des Detektorarrays stellt einen potenziellen Messpunkt dar und definiert das instantaneous field of view (IFOV). Da die Pixelgröße meist sehr klein ist und die Beugungsgrenze ein Airy-Scheibenmuster statt eines scharfen Punktes erzeugt, werden zur Erreichung einer hohen Messgenauigkeit mehrere Pixel benötigt. Diese effektive Messgröße wird als Measurement Field of View (MFOV) bezeichnet und umfasst typischerweise ein Feld von 3 × 3 Pixeln. In diesem Fall ist das MFOV mit dem Messfleck eines Pyrometers vergleichbar, und auch für Wärmebildkameras kann das D:S-Verhältnis berechnet werden.