Diy termokameras telefoto pārveidotājs: 15 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Es nesen nopirku Seek RevealPro termokameru, kas lepojas ar 320 x 240 termisko sensoru ar> 15 Hz kadru ātrumu par neticami pieņemamu cenu.

Viena no vienīgajām problēmām, kas man ir ar šo kameru, ir tā, ka tai ir fiksēts 32 ° redzes lauka objektīvs. Tas ir piemērots vispārējai termiskai pārbaudei, taču tas ir reāls trūkums, mēģinot izmantot kameru tuvplānam, lai novērtētu izkliedi uz iespiedshēmas plates vai identificētu bojātu vai mazizmēra sastāvdaļu. Attāluma diapazona pretējā pusē 32 ° FOV objektīvs apgrūtina tālumā esošo objektu vai mazāku objektu temperatūras redzēšanu un mērīšanu normālā attālumā.

ir aprakstīti diy "makro" palielināmie adapteri, taču es nezinu, ka kāds vēl būtu parādījis, kā izveidot telefoto pārveidotāju vienai no šīm kamerām.

Solis: vienkārši teleskopi

Lai attēlotu objektu attālumā ar termokameru, ir nepieciešams vienkāršs teleskops, kas izgatavots ar lēcām, kas darbojas 10 µm diapazonā. Pamata refrakcijas teleskops ar diviem optiskiem elementiem - objektīvu un okulāru. Mērķis ir liels objektīvs, kas savāc gaismu no tāla objekta un rada šī objekta attēlu fokusa plaknē. Okulārs ir tikai palielināmais stikls, caur kuru termokamera var apskatīt virtuālo attēlu.

Kā parādīts attēlā, refrakcijas teleskopam ir divas pamata konfigurācijas: Keplerijas teleskopam ir konverģējošs objektīva okulārs, un Galilejas teleskopam ir atšķirīgs objektīva okulārs. Attēls, kas redzams caur Keplerijas teleskopu, ir apgriezts otrādi, savukārt Galilejas teleskopa radītais attēls ir vertikāls. Pats teleskops nav attēla veidošanas sistēma. Drīzāk teleskopam pievienotā termokamera galu galā veido attēlu, izmantojot savu optiku.

Keplera teleskopa palielinājumu nosaka attiecība starp objektīva un okulāra lēcu fokusa attālumiem:

Palielinājums_kepleriāns = fo/fe

Galilejas teleskops izmanto pozitīvu un negatīvu okulāru, tāpēc tā palielinājumu nosaka:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

Mērķa lielums ir svarīgs arī tāpēc, ka jo lielāks ir tā diametrs, jo vairāk gaismas tas var savākt un jo labāk spēj atrisināt tuvus objektus.

2. darbība. Termiskās attēlveidošanas vajadzībām piemērotu objektīvu izvēle

Termiskās kameras mēra infrasarkanās gaismas intensitāti aptuveni 10 µm. Tas ir tāpēc, ka objekti izstaro melnā ķermeņa starojumu, kas sasniedz maksimumu šajā viļņa garumā saskaņā ar Vīnes pārvietošanas likumu. Tomēr parasts stikls nepārraida gaismu šajos viļņu garumos, tāpēc termiskās attēlveidošanas objektīviem jābūt izgatavotiem no germānija vai cinka selenīda, kas ļauj cauri starojumam 10 µm diapazonā.

Germānija (Ge) lēcas visbiežāk tiek izmantotas termiskās attēlveidošanas vajadzībām, jo to plašais pārraides diapazons (2,0 - 16 µm) interesējošajā spektrālajā reģionā. Germānija lēcas ir necaurspīdīgas redzamajai gaismai, un tām ir stiklaini pelēks metāla izskats. Tie ir inerti gaisam, ūdenim, sārmiem un lielākajai daļai skābju. Germānija refrakcijas indekss ir 4,004 pie 10,6 µm, un tā transmisijas īpašības ir ļoti jutīgas pret temperatūru.

Cinka selenīdu (ZnSe) daudz biežāk izmanto ar CO2 lāzeriem. Tam ir ļoti plašs pārraides diapazons (600 nm - 16,0 µm). Tā kā redzamā spektra sarkanajā daļā ir zema absorbcija, ZnSe lēcas parasti izmanto optiskās sistēmās, kas apvieno CO2 lāzerus (kas parasti darbojas pie 10,6 µm) ar lētiem redzamiem sarkaniem HeNe vai pusvadītāju izlīdzināšanas lāzeriem. To pārraides diapazons ietver daļu no redzamā spektra, piešķirot tiem dziļu oranžu nokrāsu.

Jaunas infrasarkanās lēcas var iegādāties no Thorlabs, Edmund Optics un citiem optisko komponentu piegādātājiem. Kā jūs varat iedomāties, šīs lēcas nav lētas-Ø1/2 collu Ge plano-izliektās lēcas no Thorlabs maksā aptuveni 140 USD, savukārt ZnSe lēcas ir aptuveni 160 USD. Ø1”Ge lēcas tiek pārdotas par aptuveni 240 USD, savukārt ZnSe par šādu diametru maksā aptuveni 300 ASV dolāri. Tādējādi makro un telefoto adapteru izgatavošanai vislabāk ir atrast liekos atradumus vai Tālo Austrumu piedāvājumus. ZnSe objektīvus no Ķīnas var iegādāties vietnē eBay® par aptuveni 60 ASV dolāriem.

3. darbība: telefoto pārveidotāja projektēšana

Man izdevās atrast Ø1”Ge plano-izliektu objektīvu ar 50 mm fokusa attālumu (līdzīgi kā Thorlabs LA9659-E3) un Ø1/2” Ge plano-izliektu objektīvu ar 15 mm fokusa attālumu (līdzīgi Thorlabs LA9410-E3), lai izveidotu manu Keplerian telefoto pārveidotāju. Palielinājums ir šāds:

Palielinājums = fo/fe = 50mm/15mm = 3,33

Citu palielinājumu telefoto adapterus ir viegli noformēt, izmantojot iepriekš parādītās vienkāršās formulas. Lūdzu, ņemiet vērā, ka galvenās lēcas caurules garums var būt jāmaina, jo attālumam starp lēcām jābūt tuvu f0 + fe.

4. solis: apkopojiet komponentus telefoto pārveidotājam

Lai izveidotu tādu telefoto pārveidotāju kā manējais, jums būs nepieciešami šādi komponenti (visas ir Thorlabs detaļas):

LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-Convex objektīvs, f = 50 mm, AR pārklājums: 7-12 µm $ 241.74

LA9410-E3 Ø1/2 Ge Plano-Convex objektīvs, f = 15 mm, AR pārklājums: 7-12 µm $ 139,74

SM1V05 Ø1 "regulējama objektīva caurule, 0,31" ceļojuma diapazons 30,25 ASV dolāri

SM1L15 SM1 objektīva caurule, 1,50 collu vītnes dziļums, iekļauts viens fiksējošais gredzens 15,70 ASV dolāri

SM1A1 adapteris ar ārējiem SM05 pavedieniem un iekšējiem SM1 pavedieniem 20,60 ASV dolāri

SM05L03 SM05 objektīva caurule, 0,30 collu vītnes dziļums, iekļauts viens fiksējošais gredzens 13,80 ASV dolāri

SM1RR SM1 fiksācijas gredzens Ø1 objektīva caurulēm un stiprinājumiem 4,50 ASV dolāri

Kopā ar jaunām germānija lēcām 466,33 ASV dolāri

Mājoklis tikai 84,85 USD

Es ievietoju savu telefoto pārveidotāju optiskā caurulē, kas izgatavota no Thorlab SM1 un SM05 cauruļu komponentiem. Es novietoju objektīvu SM1V05 regulējamas objektīva caurules priekšpusē, lai ļautu fokusēties, ļaujot pielāgot attālumu starp objektīviem. Fokusa fiksēšanai tiek izmantots ārējs SM1 gredzens. Izmantojot pavisam jaunas Thorlabs detaļas, jūs varat tērēt aptuveni 466 USD. Ja korpusam izmantojat ZnSe lēcas no eBay® un jaunas detaļas, jūs, iespējams, iztērēsit aptuveni 200 USD.

Teleskopa korpusam nav jābūt tik izsmalcinātam kā manējam. PVC caurules ar zināmu fokusēšanas izvietojumu (piemēram, objektīvs, kas uzstādīts uz vītņota vāciņa) darbosies lieliski. Tomēr man ļoti patīk Thorlabs SM caurules, jo tās ir salīdzinoši lētas un lieliski piemērotas šāda veida optisko instrumentu būvei. Turklāt okulāra SM05L03 vītņotā puse lieliski atrodas pret Seek RevealPRO objektīva fiksācijas gredzenu.

5. darbība: būvniecība 1. darbība: noņemiet gredzenu no caurules SM1L15

Izmantojot pirkstus vai uzgriežņu atslēgu (piemēram, Thorlabs SPW602, kas tiek pārdots par 26,75 USD), noņemiet SM1 fiksatora gredzenu, kas atrodas SM1L15 caurulē.

6. darbība. Konstruēšana 2. darbība. Sagatavojiet komponentus objektīva montāžai

Sagatavojiet komponentus, kas būs nepieciešami objektīva salikšanai:

• SM1V05 regulējama objektīva caurule
• Divi SM1 fiksācijas gredzeni (viens no tiem nāk no SM1L15 objektīva caurules, kā parādīts iepriekšējā solī)
• Ø1 "Ge Plano-Convex objektīvs, f = 50 mm, AR pārklājums: 7-12 µm (vai līdzīgs)

7. darbība: būvniecība 3. darbība: ievietojiet SM1 stiprinājuma gredzenu SM1V05 6 mm dziļumā

Izmantojot uzgriežņu atslēgu vai pirkstus, ievietojiet vienu fiksējošo gredzenu SM1V05 regulējamā objektīva caurulē aptuveni 6 mm dziļumā. Tas var būt jāmaina atkarībā no objektīva, kuru izvēlējāties kā savu objektīvu. Ideja ir ļaut objektīvam pietiekami sēdēt, lai varētu izmantot fiksējošo gredzenu objektīva otrā pusē.

8. darbība: konstrukcija 4. darbība: ievietojiet objektīva objektīvu un ārējo stiprinājuma gredzenu

Ievietojiet objektīvu ar izliektu pusi uz āru un pēc tam nostipriniet vietā, izmantojot otro fiksējošo gredzenu. Esiet piesardzīgs un nepievelciet pārmērīgi, jo tas var sabojāt objektīvu! Ja uzgriežņu atslēgas vietā izmantojat pinceti vai citu instrumentu, uzmanieties, lai nesaskrāpētu objektīvu.

9. darbība: uzbūve 5. darbība: komponentu sagatavošana okulāram

Sagatavojiet komponentus, ko izmantosit okulāra salikšanai:

• SM05L03 objektīva caurule
• SM5 fiksācijas gredzens (noņemts no SM05L03 caurules)
• Ø1/2 "Ge Plano-Convex objektīvs, f = 15 mm, AR pārklājums: 7-12 µm (vai līdzīgs)

10. darbība: uzbūve 6. darbība: samontējiet okulāru

Salieciet okulāru, ievietojot okulāra objektīvu SM05L03 mēģenē. Izliektajai pusei jābūt vērstai uz ārējiem pavedieniem (uz leju nākamajā attēlā). Piestipriniet objektīvu ar SM05 fiksējošo gredzenu. Vēlams izmantot SM05 uzgriežņu atslēgu (piemēram, Thorlabs SPW603, kas tiek pārdota par 24,50 USD), lai ievietotu un pievilktu SM05 fiksācijas gredzenu. Esiet piesardzīgs un nesaskrūvējiet, jo tas var sabojāt objektīvu! Ja uzgriežņu atslēgas vietā izmantojat pinceti vai citu instrumentu, uzmanieties, lai nesaskrāpētu objektīvu.

11. darbība: uzbūve 7. darbība: piestipriniet okulāru pie SM1-SM05 adaptera

Uzskrūvējiet okulāra objektīva komplektu uz SM1A1 SM1-SM05 adaptera.

12. solis: būvniecība 8. darbība: galīgā montāža

Visbeidzot, pieskrūvējiet okulāra objektīva komplektu (uzstādīts uz SM1A1 adaptera) un objektīva komplektu uz SM1L15 objektīva caurules. Tas pabeidz Keplerian telefoto pārveidotāja montāžu.

13. darbība: izmantojiet telefoto pārveidotāju

Novietojiet telefoto pārveidotāju termokameras objektīva priekšā un sāciet izpētīt! Jums vajadzētu fokusēt objektīvu, pagriežot objektīva komplektu, līdz tiek iegūts asākā objekta attēls. Fokusa iestatījuma bloķēšanai var izmantot ārējo SM1 gredzenu, kas tiek piegādāts kopā ar regulējamo objektīva cauruli SM1V05.

Iespējams, vēlēsities pastāvīgi pievienot kameras objektīva stiprinājumam Thorlabs SM05NT ($ 6,58) SM05 fiksējošo gredzenu (ID 0,535 "-40, 0,75" OD), lai varētu ātri uzstādīt makro vai telefoto pārveidotājus kameras objektīva priekšā. tā sākotnējā funkcionalitāte.

Visbeidzot, atcerieties, ka Keplerijas teleskops apgriež attēlu, tāpēc kameras ekrānā redzēsiet termisko attēlu otrādi. Nepieciešama tikai neliela prakse, lai pierastu pie tā, ka, norādot kameru ar uzstādīto telefoto pārveidotāju, ir nepieciešamas kustības pretējā attēla virzienā.

14. darbība. Veiktspēja

Esmu ļoti apmierināts ar rezultātiem. Skaitļi parāda dažus paraugus no izmantotā telefoto pārveidotāja. Kreisās rūts rāda attēlu, kas uzņemts caur Seek RevealPRO fiksēto objektīvu. Labās puses rūtis parāda to pašu ainu, izmantojot × 3,33 telefoto pārveidotāju. Attēliem kreisajā rūtī pievienoju oranžu taisnstūri, lai norādītu reģionu, ko palielinājis telefoto pārveidotājs. Taisnstūra izmēri ir 1/3,33 attēla rāmja izmēri, kas parāda, ka telefoto pārveidotāja palielinājums patiešām ir × 3,33.

Protams, Seek RevealPRO izmantotās objektīvu sistēmas un telefoto pārveidotājs ir ārkārtīgi vienkārši, tāpēc ir sagaidāmi izkropļojumi un vinjetēšana. Kā redzams manu piemājas kaimiņu un debess daļas fotoattēlos, vinjetēšana ir visredzamākā, izmantojot telefoto pārveidotāju attēlu objektiem lielā attālumā. Neskatoties uz to, izmantojot telefoto pārveidotāju, detaļas, kuras nevar redzēt bez kameras, ir ļoti redzamas.

15. darbība. Avoti

Tālāk ir sniegti šajā pamācībā minēto materiālu avoti:

• Meklējiet - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• Edmunda industriālā optika - www.edmundoptics.com

Piezīme: Es nekādā veidā neesmu saistīts ar šiem uzņēmumiem.

Turpmāka lasīšana un eksperimenti

Lai iegūtu interesantākus eksperimentus par neredzētās pasaules fiziku un fotogrāfiju, lūdzu, skatiet manas grāmatas (noklikšķiniet šeit, lai skatītu manas grāmatas vietnē Amazon.com) un dodieties uz manām vietnēm: www.diyPhysics.com un www. UVIRimaging.com.