Telefoto pretvornik s termo kamero "naredi sam": 15 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

Pred kratkim sem kupil toplotno kamero Seek RevealPro, ki se ponaša s toplotnim senzorjem 320 x 240 s hitrostjo sličic> 15 Hz po neverjetno ugodni ceni.

Ena od edinih težav, ki jih imam s tem fotoaparatom, je ta, da je opremljen s fiksnim 32 ° objektivom vidnega polja. To je v redu za splošni toplotni pregled, vendar je resnična pomanjkljivost, ko poskušate uporabiti kamero za delo od blizu, da ocenite razpršitev na tiskanih vezjih ali ugotovite okvarjeno ali premajhno komponento. Na nasprotni strani območja razdalj leča 32 ° FOV otežuje videnje in merjenje temperature predmetov na daljavo ali manjših predmetov na normalnih razdaljah.

opisani so diy "makro" povečevalni adapterji, vendar se ne zavedam, da je še kdo pokazal, kako zgraditi telefoto pretvornik za eno od teh kamer.

Korak: Enostavni teleskopi

Za slikanje predmeta na daljavo s termalno kamero je potreben preprost teleskop z lečami, ki delujejo v območju 10 µm. Osnovni lomni teleskop, ki ima dva optična elementa, objektiv in okular. Objektiv je velika leča, ki zbira svetlobo od oddaljenega predmeta in ustvarja podobo tega predmeta v goriščni ravnini. Okular je le povečevalno steklo, skozi katerega si lahko termalna kamera ogleda virtualno sliko.

Kot je prikazano na sliki, obstajata dve osnovni konfiguraciji lomnega teleskopa: Keplerov teleskop ima okular z konvergentno lečo, Galilejev teleskop pa okular z divergentno lečo. Slika, gledana skozi Keplerian teleskop, je obrnjena, slika Galilejevega teleskopa pa pokončna. Teleskop sam po sebi ni sistem za oblikovanje slike. Namesto tega toplotna kamera, pritrjena na teleskop, na koncu oblikuje sliko skozi lastno optiko.

Povečava Keplerianovega teleskopa je določena z razmerjem med goriščno razdaljo objektiva in leče okularja:

Povečava_Keplerian = fo/fe

Galilejski teleskop uporablja pozitiven cilj in negativen okular, zato njegovo povečavo povečujejo:

Magligication_Galilean = -fo/fe

Velikost objektiva je pomembna tudi zato, ker je večji njegov premer, več svetlobe lahko zbira in bolje razrešuje bližnje predmete.

2. korak: Izbira leč, primernih za toplotno slikanje

Termalne kamere merijo jakost infrardeče svetlobe pri približno 10 µm. To je zato, ker predmeti oddajajo sevanje črnega telesa, ki doseže največjo vrednost na tej valovni dolžini v skladu z Wienovim zakonom o premiku. Vendar običajno steklo ne prenaša svetlobe pri teh valovnih dolžinah, zato morajo biti leče, uporabljene pri termičnem slikanju, izdelane iz germanija ali cinkovega selenida, ki omogočajo prehajanje sevanja v območju 10 µm.

Leče iz germanija (Ge) se najpogosteje uporabljajo za termovizijsko slikanje zaradi širokega razpona prenosa (2,0 - 16 µm) v spektralnem območju, ki nas zanima. Leče iz germanija so neprozorne za vidno svetlobo in imajo stekleno siv kovinski videz. So inertni do zraka, vode, alkalij in večine kislin. Germanij ima indeks loma 4,004 pri 10,6 µm, njegove prenosne lastnosti pa so zelo temperaturno občutljive.

Cinkov selenid (ZnSe) se veliko pogosteje uporablja pri CO2 laserjih. Ima zelo široko območje prenosa (600 nm - 16,0 µm). Zaradi nizke absorpcije v rdečem delu vidnega spektra se leče ZnSe običajno uporabljajo v optičnih sistemih, ki združujejo CO2 laserje (ki običajno delujejo pri 10,6 µm), z poceni vidnimi rdečimi laserji HeNe ali polprevodniki. Njihovo območje prenosa vključuje del vidnega spektra, ki jim daje globoko oranžen odtenek.

Nove infrardeče leče lahko kupite pri Thorlabs, Edmund Optics in drugih dobaviteljih optičnih komponent. Kot si lahko predstavljate, te leče niso poceni-plano-konveksne leče Ø1/2 "Ge podjetja Thorlabs so po ceni okoli 140 USD, medtem ko so leče ZnSe okoli 160 USD. Objektivi Ø1" Ge se prodajajo za okoli 240 USD, medtem ko ZnSe po tem premeru stane okoli 300 USD. Presežki najdb ali ponudbe na Daljnem vzhodu so zato najboljši za izdelavo makro in telefoto adapterjev. Objekte ZnSe iz Kitajske je mogoče kupiti na eBayu za približno 60 USD.

Korak: Oblikovanje telefoto pretvornika

Našel sem plosko-konveksno lečo Ø1 "Ge z goriščno razdaljo 50 mm (podobno kot Thorlabs LA9659-E3) in Ø1/2" Ge ravno konveksno lečo z goriščno razdaljo 15 mm (podobno kot a Thorlabs LA9410-E3) za izdelavo mojega telefoto pretvornika Keplerian. Povečava je torej:

Povečava = fo/fe = 50 mm/15 mm = 3,33

Telefoto adapterje drugih povečav je enostavno oblikovati z uporabo zgoraj prikazanih preprostih formul. Upoštevajte, da bo treba dolžino cevi glavne leče spremeniti, saj mora biti razdalja med lečami blizu f0 + fe.

4. korak: Zberite komponente za telefoto pretvornik

Za izdelavo telefoto pretvornika, kot je moj, potrebujete naslednje komponente (vse so deli Thorlabsa):

LA9659-E3 Ø1 Ge plosko-izbočena leča, f = 50 mm, prevlečena z AR: 7-12 µm 241,74 USD

LA9410-E3 Ø1/2 Ge plosko-izbočena leča, f = 15 mm, prevlečena z AR: 7-12 µm 139,74 USD

SM1V05 Ø1 "nastavljiva cev za leče, 0,31" potovalni razpon 30,25 USD

SM1L15 SM1 cev za objektiv, 1,50 globina navoja, vključen en pritrdilni obroč 15,70 USD

Vmesnik SM1A1 z zunanjimi niti SM05 in notranjimi niti SM1 20,60 USD

SM05L03 SM05 cev za objektiv, 0,30 globina navoja, vključen en pritrdilni obroč 13,80 USD

SM1RR SM1 Zadrževalni obroč za cevi in leče Ø1 4,50 USD

Skupaj z novimi germanijevimi lečami 466,33 USD

Stanovanje samo 84,85 USD

Telefoto pretvornik sem namestil v optično cev iz Thorlabovih komponent cevi SM1 in SM05. Objektiv sem namestil na sprednjo stran nastavljive cevi za objektiv SM1V05, da omogočim ostrenje, tako da lahko prilagodim razdaljo med lečami. Za zaklepanje ostrenja se uporablja zunanji obroč SM1. Z uporabo popolnoma novih delov podjetja Thorlabs lahko pričakujete, da boste porabili okoli 466 USD. Če uporabljate leče ZnSe iz eBay® in nove dele za ohišje, boste verjetno porabili okoli 200 USD.

Ohišju teleskopa ni treba biti tako domišljijsko kot moje. PVC cevi z določenim načinom ostrenja (npr. Leča, nameščena na navojnem pokrovčku), bodo delovale popolnoma v redu. Vendar so mi Thorlabsove SM cevi zelo všeč, ker so relativno poceni in popolnoma primerne za izdelavo tovrstnih optičnih instrumentov. Poleg tega navojna stran okularja SM05L03 popolnoma stoji ob zadrževalnem obroču objektiva Seek RevealPRO.

5. korak: Konstrukcija 1. korak: Odstranite obroč iz cevi SM1L15

S prsti ali ključem (na primer Thorlabs SPW602, ki se prodaja za 26,75 USD) odstranite zadrževalni obroč SM1, ki je v notranjosti cevi SM1L15.

Korak 6: Konstrukcija Korak 2: Pripravite komponente za sestavljanje objektiva

Pripravite komponente, ki jih potrebujete za sestavljanje objektiva:

• Nastavljiva cev za objektiv SM1V05
• Dva zadrževalna obroča SM1 (eden od njih prihaja iz cevi leče SM1L15, kot je prikazano v prejšnjem koraku)
• Ø1 "Ge plosko-izbočena leča, f = 50 mm, prevlečena z AR: 7-12 µm (ali podobno)

Korak 7: Konstrukcija Korak 3: Vstavite zadrževalni obroč SM1 v SM1V05 do globine 6 mm

S ključem ali s prsti vstavite en pritrdilni obroč v nastavljivo cev leče SM1V05 do globine približno 6 mm. To se bo morda treba spremeniti, odvisno od objektiva, ki ste ga izbrali za cilj. Zamisel je, da lečo pustimo dovolj zadaj, da bo mogoče uporabiti zadrževalni obroč na drugi strani leče.

Korak 8: Konstrukcija Korak 4: Vstavite objektiv in zunanji zadrževalni obroč

Lečo objektiva vstavite s konveksno stranjo navzven in jo pritrdite z drugim zadrževalnim obročem. Pazite, da ne zategnete preveč, ker lahko poškodujete lečo! Če namesto ključa za ključe uporabljate pinceto ali drugo orodje, bodite previdni, da ne opraskate leče.

9. korak: Konstrukcija 5. korak: Pripravite komponente za okular

Pripravite sestavne dele, ki jih boste uporabili za sestavljanje okularja:

• SM05L03 cev za objektiv
• Zadrževalni obroč SM5 (odstranjen iz cevi SM05L03)
• Ø 1/2 "Ge plosko-konveksna leča, f = 15 mm, prevlečena z AR: 7-12 µm (ali podobno)

Korak 10: Konstrukcija Korak 6: Sestavite okular

Okular sestavite tako, da lečo okularja vstavite v cev SM05L03. Konveksna stran naj gleda proti zunanjim navojem (navzdol na naslednji sliki). Objektiv pritrdite s pritrdilnim obročem SM05. Prednostno uporabite ključ za ključ SM05 (npr. Thorlabs SPW603, ki se prodaja za 24,50 USD), da vstavite in zategnete zadrževalni obroč SM05. Pazite, da ne zategnete preveč, ker lahko poškodujete lečo! Če namesto ključa za ključe uporabljate pinceto ali drugo orodje, pazite, da ne opraskate leče.

Korak 11: Gradnja Korak 7: Namestite okular na adapter SM1-do-SM05

Sklop leče okularja privijte na adapter SM1A1 SM1-do-SM05.

12. korak: Konstrukcija 8. korak: Končna montaža

Na koncu privijte sklop leče okularja (nameščen na adapter SM1A1) in sklop objektiva na cev objektiva SM1L15. S tem je montaža Keplerian telefoto pretvornika zaključena.

Korak: Uporabite telefoto pretvornik

Telefoto pretvornik postavite pred objektiv termalne kamere in začnite raziskovati! Objektiv morate izostriti z obračanjem sklopa objektiva, dokler ne dobite najostrejše slike predmeta. Zunanji obroč SM1, ki je priložen nastavljivi cevi SM1V05, lahko uporabite za zaklepanje nastavitve ostrenja.

Morda boste želeli trajno pritrditi zaklepni obroč Thorlabs SM05NT (6,58 USD) SM05 (ID 0,535 "-40, 0,75" OD) na nosilec objektiva fotoaparata, tako da lahko hitro namestite makro ali telefoto pretvornike pred objektiv fotoaparata, ne da bi to vplivalo na svojo prvotno funkcionalnost.

Nazadnje, ne pozabite, da Keplerov teleskop obrne sliko, tako da boste na zaslonu fotoaparata videli toplotno sliko obrnjeno navzdol. Potrebno je le malo vaje, da se navadite na dejstvo, da je za usmerjanje fotoaparata z nameščenim telefoto pretvornikom potrebno premikanje v nasprotni smeri slike.

14. korak: Uspešnost

Z rezultati sem zelo zadovoljen. Slike prikazujejo nekaj vzorčnih slik telefoto pretvornika v uporabi. Leva podokna prikazujejo sliko, posneto s fiksnim objektivom Seek RevealPRO. Desna podokna prikazujejo isti prizor s telefoto pretvornikom × 3,33. Slikam na levem podoknu sem dodal oranžni pravokotnik, ki označuje območje, ki ga poveča telefoto pretvornik. Dimenzije pravokotnika so 1/3,33 okvirja slike, kar dokazuje, da je povečava, dosežena s telefoto pretvornikom, res × 3,33.

Seveda so sistemi objektivov, uporabljeni v Seek RevealPRO in telefoto pretvorniku, izjemno preprosti, zato je pričakovati popačenje in vinjetiranje. Kot je prikazano na fotografijah mojih sosedov na dvorišču in dela neba, je vinjetiranje najbolj očitno pri uporabi telefoto pretvornika za slikanje motivov na veliki razdalji. Kljub temu so pri telefoto pretvorniku zelo očitne podrobnosti, ki jih s kamero brez pomoči ni mogoče videti.

15. korak: Viri

V nadaljevanju so viri materialov, omenjenih v tem navodilu:

• Poiščite - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• Industrijska optika Edmund - www.edmundoptics.com

Opomba: S temi podjetji nisem povezan.

Nadaljnje branje in poskusi

Za zanimivejše poskuse o fiziki in fotografiji nevidnega sveta si oglejte moje knjige (kliknite tukaj za moje knjige na Amazon.com) in pojdite na moja spletna mesta: www.diyPhysics.com in www. UVIRimaging.com.