Fastcam Nova Hoch­geschwindig­keitskameras

Wählen Sie ein NOVA S Modell, wenn zeitliche Auflösung, Lichtempfindlichkeit und sehr kurze Belichtungszeiten im Vordergrund stehen. Ein NOVA R Modell ist die richtige Wahl, wenn es stärker auf räumliche Details über einen größeren Bildbereich ankommt. Die Kameras S6 bis S20 zeichnen Bilder mit 1024 × 1024 bei 6.400 bis 18.750 fps auf, während die S20 bei 1024 × 992 auch 20.000 fps erreicht. Die R3-4K und R5-4K erfassen Bilder mit 4096 × 2304 bei 750 bzw. 1.250 fps. Ihre maximalen Bildraten bei reduzierter Auflösung liegen bei 150.000 bzw. 200.000 fps, verglichen mit bis zu 1.100.000 fps bei der S Familie. Die Auswahl sollte daher mit dem kleinsten Merkmal beginnen, das sichtbar bleiben muss, sowie mit dem Zeitintervall, das aufgelöst werden muss.

Die S Modelle bieten eine minimale Belichtungszeit von 0,2 µs, während die R3-4K und R5-4K mindestens 2 µs ermöglichen. Die Bewegungsunschärfe in der Objektebene entspricht näherungsweise der Objektgeschwindigkeit multipliziert mit der Belichtungszeit. Ein Objekt, das sich mit 100 m/s bewegt, legt daher während 0,2 µs etwa 20 µm und während 2 µs etwa 200 µm zurück. Diese Wegstrecke sollte mit der kalibrierten Distanz in der Objektebene verglichen werden, die einem Pixel entspricht. Die S Familie bietet zudem eine monochrome Empfindlichkeit von ISO 64.000, während die R Familie monochrom mit ISO 3.200 bewertet ist. Daher benötigen die 4K-Modelle bei kurzen Belichtungszeiten in der Regel mehr Beleuchtung. Belichtungszeiten unter 1 µs bei der S-Serie können in einigen Regionen außerdem Exportbeschränkungen unterliegen.

Durch die Reduzierung der Region of Interest wird das Sensorauslesen auf den Bildbereich begrenzt, der das Ereignis enthält. Dadurch steigt die verfügbare Bildrate und das Datenvolumen sinkt. Bei den S Kameras wird dieser Bereich in Schritten von 128 Pixeln horizontal und 16 Pixeln vertikal konfiguriert; bei den Modellen mit den höchsten Bildraten werden bei 128 × 16 zwischen 800.000 und 1.100.000 fps erreicht. Die R3-4K und R5-4K arbeiten mit Schritten von 128 Pixeln horizontal und 8 Pixeln vertikal und erreichen bei 2048 × 8 150.000 bzw. 200.000 fps. Durch das Zuschneiden ändert sich der Pixelabstand nicht, das erfasste Sichtfeld wird jedoch kleiner. Deshalb sollten die Position des Ereignisses, die zu erwartende Bewegung und die Unsicherheit beim Triggern berücksichtigt werden, bevor ein schmaler Auslesebereich definiert wird.

Die Speicherkapazität sollte anhand der erforderlichen Auflösung, Bittiefe, Bildrate, Ereignisdauer und Unsicherheit beim Triggerzeitpunkt gewählt werden. Konfigurationen der S Familie bieten bis zu 128 GB, während für die R3-4K und R5-4K 32, 64 oder 128 GB verfügbar sind. Eine S20 Konfiguration mit 128 GB speichert beispielsweise in 12-Bit bei 1024 × 1024 etwa 87.357 Bilder, was bei 16.500 fps rund 5,3 Sekunden entspricht. Bis zu 128 Speicherpartitionen können die verfügbare Kapazität auf wiederholte Ereignisse aufteilen und ermöglichen die Aufzeichnung in einer Partition, während eine andere heruntergeladen wird. Eine entnehmbare SSD mit bis zu 4 TB Kapazität und Übertragungsraten bis 1 GB/s kann die Zeit für das Auslagern der Daten zwischen Tests verkürzen.

Ja, die Baureihe bietet Triggereingänge, programmierbare Ein- und Ausgänge, IRIG-B-Zeitcode und eine externe Synchronisation mit variabler Frequenz. Programmierbare Triggerverzögerungen haben eine Auflösung von 100 ns, sodass sich Zeitversätze auf ausgewählte Ein- und Ausgangssignale anwenden lassen. Zu den verfügbaren Aufnahmemodi gehören Start-, Center-, End-, Manual-, Random- und Record-on-Command-Betrieb, wobei die R Familie zusätzliche Random-Modi bietet. Die Genauigkeit der Bildrate ist mit ±50 ppm spezifiziert, während sich das IRIG-B-Timing auf den Beginn oder das Ende der Bildbelichtung beziehen kann. In einem Test mit mehreren Instrumenten sollten Triggerpolarität, Signalspannung, Kabelverzögerung und die gewählte Referenz für die Belichtungszeit vor Beginn der Datenerfassung vollständig dokumentiert werden.

Die Sensorabmessungen unterscheiden sich deutlich zwischen der S und der R Familie. Daher müssen Sichtfeld und Ausleuchtung des Bildkreises für das gewählte Modell berechnet werden. S Kameras verwenden einen quadratischen Sensor mit 20,48 × 20,48 mm, 20-µm-Pixeln und einer Diagonale von 28,96 mm, während die R3-4K und R5-4K einen Sensor mit 26,62 × 14,98 mm, 6,5-µm-Pixeln und einer Diagonale von 30,55 mm einsetzen. Standard ist ein Anschluss vom Typ F/G; optional sind C-Mount, EF und M42 verfügbar, und ausgewählte S Konfigurationen unterstützen zusätzlich RF-Mounts. Der quadratische S Sensor kann vorteilhaft sein, wenn vertikale und horizontale Abdeckung gleichermaßen wichtig sind, während der R Sensor ein breiteres 4K-Format bietet. Bildkreis des Objektivs, Arbeitsabstand, Blende, Vergrößerung und Anforderungen an die Fernsteuerung sollten gemeinsam geprüft werden, statt die Auswahl allein nach der Brennweite zu treffen.

Die Gehäuse der Modelle S6 bis S20 messen 120 × 120 × 217.2 mm, während die R3-4K und R5-4K 223.2 mm tief sind; das Kameragewicht liegt zwischen 3,3 und 3,5 kg. Für die Kamera allein gelten Grenzwerte von −10 bis 40 °C beim S20 und von −10 bis 45 °C bei R3-4K und R5-4K, während die angegebene untere Grenze für S6 bis S16 in der verfügbaren Dokumentation zwischen 0 °C und −10 °C variiert. Durch die Installation eines FASTDrive kann sich die zulässige Höchsttemperatur verringern; beim S20 liegt sie zum Beispiel bei 25 °C, wenn das Laufwerk seitlich montiert ist, oder bei 32 °C bei Montage oben. Die S Kameras benötigen eine Versorgung mit 22–32 VDC und 150 VA, während R3-4K und R5-4K 120 VA benötigen. Der Fan-Stop-Betrieb sollte auf Aufnahmezeiträume beschränkt werden, in denen reduzierte Vibrationen erforderlich sind, da das normale Wärmemanagement von der internen Lüfterkühlung abhängt.