Telefoto konverter s termalnom kamerom "uradi sam": 15 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Nedavno sam kupio Seek RevealPro termalnu kameru koja se može pohvaliti termalnim senzorom od 320 x 240 s frekvencijom kadrova> 15 Hz po nevjerojatno pristupačnoj cijeni.

Jedan od jedinog problema s ovim fotoaparatom je taj što dolazi s fiksnim objektivom vidnog polja od 32 °. To je u redu za opći termički pregled, ali pravi je nedostatak kada pokušavate koristiti kameru za rad izbliza kako biste procijenili rasipanje na tiskanim pločicama ili identificirali neispravnu ili premalu komponentu. Na suprotnoj strani raspona udaljenosti, 32 ° FOV objektiv otežava gledanje i mjerenje temperature objekata na daljinu ili manjih objekata na normalnoj udaljenosti.

opisani su diy "macro" adapteri za povećavanje, ali nisam svjestan da je itko još pokazao kako izgraditi telefoto pretvarač za jednu od ovih kamera.

Korak 1: Jednostavni teleskopi

Snimanje objekta na daljinu pomoću termalne kamere zahtijeva jednostavan teleskop napravljen s lećama koje rade u rasponu od 10 µm. Osnovni lomni teleskop koji ima dva optička elementa, objektiv i okular. Objektiv je velika leća koja prikuplja svjetlost s udaljenog objekta i stvara sliku tog objekta u žarišnoj ravnini. Okular je samo povećalo kroz koje termalna kamera može vidjeti virtualnu sliku.

Kao što je prikazano na slici, postoje dvije osnovne konfiguracije za lomni teleskop: Keplerov teleskop ima okular sa konvergentnom lećom, a Galilejski teleskop ima okular sa divergentnom lećom. Slika gledana kroz Keplerian teleskop je obrnuta, dok je ona koju je proizveo galilejski teleskop uspravna. Teleskop sam po sebi nije sustav za oblikovanje slike. Umjesto toga, toplinska kamera pričvršćena na teleskop na kraju oblikuje sliku kroz vlastitu optiku.

Povećanje Keplerianovog teleskopa određeno je omjerom žarišnih duljina objektiva i leće okulara:

Povećanje_Keplerian = fo/fe

Galilejski teleskop koristi pozitivan cilj i negativni okular, pa njegovo povećanje daje:

Uvećanje_Galilean = -fo/fe

Veličina objektiva također je važna jer što je veći njegov promjer, više svjetlosti može prikupiti i bolje rješava bliske objekte.

Korak 2: Odabir objektiva prikladnih za toplinsko snimanje

Toplinske kamere mjere intenzitet infracrvenog svjetla na oko 10 µm. To je zato što objekti emitiraju zračenje crnog tijela koje doseže vrhunac oko te valne duljine u skladu s Wien -ovim zakonom pomaka. Međutim, normalno staklo ne propušta svjetlost na tim valnim duljinama, pa leće koje se koriste pri termovizijskom snimanju moraju biti izrađene od germanija ili cinkovog selenida koje dopuštaju prolazak zračenja u rasponu od 10 µm.

Germanijeve (Ge) leće najčešće se koriste za toplinsko snimanje zbog širokog raspona prijenosa (2,0 - 16 µm) u spektralnom području od interesa. Germanijeve leće neprozirne su za vidljivu svjetlost i imaju staklasto-sivi metalni izgled. Oni su inertni prema zraku, vodi, lužinama i većini kiselina. Germanij ima indeks loma 4,004 na 10,6 µm, a njegova prijenosna svojstva su visoko osjetljiva na temperaturu.

Cinkov selenid (ZnSe) mnogo se češće koristi sa CO2 laserima. Ima vrlo širok raspon prijenosa (600 nm - 16,0 µm). Zbog niske apsorpcije u crvenom dijelu vidljivog spektra, ZnSe leće se obično koriste u optičkim sustavima koji kombiniraju CO2 lasere (koji obično rade na 10,6 µm), s jeftinim vidljivim crvenim HeNe ili poluvodičkim laserima za poravnavanje. Njihov raspon prijenosa uključuje dio vidljivog spektra, dajući im duboku narančastu nijansu.

Nove infracrvene leće mogu se kupiti od Thorlabsa, Edmund Optike i drugih dobavljača optičkih komponenti. Kao što možete zamisliti, ove leće nisu jeftine-Ø1/2 "Ge plano-konveksne leće tvrtke Thorlabs koštaju oko 140 USD, dok su ZnSe leće oko 160 USD. Ø1" Ge leće prodaju se po cijeni od 240 USD, dok ZnSe po ovom promjeru košta oko 300 USD. Viškovi nalaza ili ponude s Dalekog istoka su stoga najbolji za izradu makro i telefoto adaptera. ZnSe objektivi iz Kine mogu se kupiti na eBayu za oko 60 USD.

Korak 3: Dizajn telefoto konvertora

Uspio sam pronaći Ø1”Ge plosko-konveksnu leću žarišne duljine 50 mm (slično kao Thorlabs LA9659-E3) i Ø1/2 Ge plosko-konveksnu leću žarišne duljine 15 mm (slično a Thorlabs LA9410-E3) za izradu mog Keplerian telefoto pretvarača. Povećanje je ovako:

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

Telefoto adaptere drugih uvećanja lako je dizajnirati pomoću jednostavnih formula prikazanih gore. Imajte na umu da će možda trebati promijeniti duljinu cijevi glavne leće jer udaljenost između leća treba biti blizu f0 + fe.

Korak 4: Prikupite komponente za telefoto pretvarač

Za izradu telefoto pretvarača poput mog (sve su dijelovi Thorlabsa) trebat će vam sljedeće komponente:

LA9659-E3 Ø1 Ge ravno-konveksna leća, f = 50 mm, premazana AR: 7-12 µm 241,74 USD

LA9410-E3 Ø1/2 Ge ravno-konveksna leća, f = 15 mm, premazana AR: 7-12 µm 139,74 USD

SM1V05 Ø1 "cijev s podesivim objektivom, 0,31" putni raspon 30,25 USD

SM1L15 SM1 cijev objektiva, dubina niti 1,50 , uključen jedan pričvrsni prsten 15,70 USD

SM1A1 adapter s vanjskim SM05 navojima i unutarnjim SM1 navojima 20,60 USD

SM05L03 SM05 cijev objektiva, dubina navoja 0,30 , uključen jedan pričvrsni prsten 13,80 USD

SM1RR SM1 Zadržavajući prsten za Ø1 cijevi leća i nosače 4,50 USD

Ukupno s novim germanijevim lećama 466,33 USD

Stanovanje samo 84,85 USD

Svoj telefoto konvertor smjestio sam u optičku cijev napravljenu od Thorlabovih komponenti cijevi SM1 i SM05. Stavio sam leću objektiva na prednju stranu podesive cijevi leće SM1V05 kako bih omogućio fokusiranje omogućujući podešavanje udaljenosti između leća. Za zaključavanje fokusa koristi se vanjski prsten SM1. Korištenjem potpuno novih dijelova tvrtke Thorlabs možete očekivati da ćete potrošiti oko 466 USD. Ako koristite ZnSe leće s eBay® -a i nove dijelove za kućište, vjerojatno ćete potrošiti oko 200 USD.

Kućište za teleskop ne mora biti tako otmjeno kao moje. PVC cijevi s nekim rasporedom za fokusiranje (npr. Leća montirana na navojnu kapicu) savršeno će raditi. Međutim, jako mi se sviđaju Thorlabove SM cijevi jer su relativno jeftine i savršeno prilagođene za izgradnju ove vrste optičkih instrumenata. Osim toga, strana navoja okulara SM05L03 savršeno sjeda uz pričvrsni prsten leće Seek RevealPRO.

Korak 5: Konstrukcija Korak 1: Uklonite prsten iz cijevi SM1L15

Prstima ili ključem za ključ (npr. Thorlabs SPW602 koji se prodaje za 26,75 USD) uklonite pričvrsni prsten SM1 koji dolazi unutar cijevi SM1L15.

Korak 6: Konstrukcija Korak 2: Pripremite komponente za sastavljanje objektiva

Pripremite komponente koje će vam trebati za sastavljanje objektiva:

• SM1V05 podesiva cijev leće
• Dva pričvrsna prstena SM1 (jedan od njih dolazi iz cijevi leće SM1L15 kao što je prikazano u prethodnom koraku)
• Ø1 "Ge Plano-konveksna leća, f = 50 mm, premazana AR: 7-12 µm (ili slično)

Korak 7: Konstrukcija Korak 3: Umetnite pričvrsni prsten SM1 u SM1V05 na dubinu od 6 mm

Ključem za ključ ili prstima umetnite jedan pričvrsni prsten u podesivu cijev leće SM1V05 do dubine od približno 6 mm. Možda će se to morati promijeniti ovisno o objektivu koji ste odabrali za cilj. Ideja je dopustiti leći da sjedne dovoljno straga kako bi se omogućilo korištenje pričvrsnog prstena s druge strane leće.

Korak 8: Konstrukcija Korak 4: Umetnite objektiv i vanjski pričvrsni prsten

Umetnite leću objektiva s konveksnom stranom okrenutom prema van, a zatim je pričvrstite pomoću drugog pričvrsnog prstena. Pazite da ne zategnete previše jer to može oštetiti leću! Ako koristite pincetu ili neki drugi alat umjesto ključa za ključ, pazite da ne ogrebete leću.

Korak 9: Konstrukcija Korak 5: Pripremite komponente za okular

Pripremite komponente koje ćete koristiti za sastavljanje okulara:

• SM05L03 cijev leće
• Zadržavajući prsten SM5 (uklonjen iz cijevi SM05L03)
• Ø1/2 "Ge ravno-konveksna leća, f = 15 mm, premazana AR: 7-12 µm (ili slično)

Korak 10: Konstrukcija Korak 6: Sastavite okular

Sastavite okular umetanjem leće okulara u cijev SM05L03. Konveksna strana trebala bi biti okrenuta prema vanjskim navojima (dolje na sljedećoj slici). Učvrstite leću na mjesto pomoću pričvrsnog prstena SM05. Po mogućnosti upotrijebite ključ za ključ SM05 (npr. Thorlabs SPW603, koji se prodaje za 24,50 USD) za umetanje i zatezanje pričvrsnog prstena SM05. Pazite da ne zategnete previše jer to može oštetiti leću! Ako koristite pincetu ili neki drugi alat umjesto ključa za ključ, pazite da ne ogrebete leću.

Korak 11: Konstrukcija Korak 7: Postavite okular na adapter SM1-do-SM05

Pričvrstite sklop okulara na adapter SM1A1 SM1-za-SM05.

Korak 12: Konstrukcija Korak 8: Završna montaža

Na kraju, pričvrstite sklop leće okulara (montiran na adapter SM1A1) i sklop objektiva na cijev leće SM1L15. Time je završena montaža Keplerian telefoto pretvarača.

Korak 13: Upotrijebite Telephoto Converter

Postavite telefoto pretvarač ispred objektiva termalne kamere i krenite u istraživanje! Objektiv biste trebali fokusirati okretanjem sklopa objektiva dok se ne dobije najoštrija slika subjekta. Vanjski prsten SM1 koji dolazi s podesivom cijevi leće SM1V05 može se koristiti za zaključavanje postavke izoštravanja.

Možda biste trebali razmisliti o trajnom pričvršćivanju Thorlabs SM05NT (6,58 USD) SM05 zaključavajućeg prstena (ID 0,535 "-40, 0,75" OD) na držač objektiva fotoaparata, tako da možete brzo postaviti makro ili telefoto pretvarače ispred objektiva fotoaparata bez utjecaja svoju izvornu funkcionalnost.

Na kraju, zapamtite da Keplerov teleskop obrće sliku pa ćete toplinsku sliku vidjeti okrenutu naopako na ekranu fotoaparata. Potrebno je samo malo prakse da se naviknete na činjenicu da usmjeravanje kamere s instaliranim telefoto konvertorom zahtijeva pokrete u suprotnom smjeru od slike.

Korak 14: Performanse

Jako sam zadovoljan rezultatima. Slike prikazuju neke uzorke slika telefoto pretvarača u upotrebi. Lijeva okna prikazuju sliku snimljenu fiksnim objektivom Seek RevealPRO. Desna okna prikazuju istu scenu pomoću telefoto pretvarača × 3,33. Dodao sam narančasti pravokutnik slikama na lijevim okvirima kako bih označio područje uvećano telefoto pretvaračem. Dimenzije pravokutnika su 1/3,33 dimenzija okvira slike, što pokazuje da je povećanje postignuto telefoto konvertorom doista × 3,33.

Naravno, sustavi objektiva koji se koriste u Seek RevealPRO i telefoto pretvaraču iznimno su jednostavni pa se mogu očekivati izobličenja i vinjetiranje. Kao što je prikazano na fotografijama mojih susjeda u dvorištu i dijela neba, vinjetiranje je najočitije kada se telefoto pretvaračem koristi za snimanje subjekata na velikoj udaljenosti. Ipak, detalji koji se ne mogu vidjeti s kamerom bez pomoći vrlo su vidljivi pomoću telefoto pretvarača.

Korak 15: Izvori

Slijede izvori materijala koji se spominju u ovom Uputu:

• Potražite - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• Edmund Industrial Optics - www.edmundoptics.com

Napomena: Nisam ni na koji način povezan s tim tvrtkama.

Daljnje čitanje i eksperimenti

Za još zanimljivih eksperimenata o fizici i fotografiji neviđenog svijeta, pregledajte moje knjige (kliknite ovdje za moje knjige na Amazon.com) i posjetite moje web stranice: www.diyPhysics.com i www. UVIRimaging.com.