Diy termokaamera telefoto muundur: 15 sammu

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-23 14:40

Ostsin hiljuti Seek RevealPro termokaamera, millel on uskumatult taskukohase hinnaga 320 x 240 soojusandur, mille kaadrisagedus on üle 15 Hz.

Üks ainus probleem, mis mul selle kaameraga on, on see, et see on varustatud fikseeritud 32 ° vaateväljaga objektiiviga. See sobib üldiseks termiliseks kontrollimiseks, kuid see on tõeline puudus, kui proovite kaamerat kasutada lähitöödeks, et hinnata trükiplaatide hajumist või tuvastada vigane või alamõõduline komponent. Kaugusvahemiku vastasküljel on 32 ° FOV -objektiiv raskendatud eemal asuvate objektide või tavaliste vahemaade korral väiksemate objektide temperatuuri nägemise ja mõõtmise osas.

Diy "makro" suurendusadaptereid on kirjeldatud, kuid ma pole teadlik, et keegi oleks veel näidanud, kuidas ühele neist kaameratest telekonverterit ehitada.

Samm: lihtsad teleskoobid

Objekti kaugkaamera kuvamiseks termokaameraga on vaja lihtsat teleskoopi, mis on valmistatud läätsedega, mis töötavad vahemikus 10 µm. Põhiline murdumisteleskoop, millel on kaks optilist elementi, objektiiv ja okulaar. Eesmärk on suur lääts, mis kogub kaugest objektist valgust ja loob fookustasandil selle objekti pildi. Okulaar on lihtsalt suurendusklaas, mille kaudu termokaamera saab virtuaalset pilti vaadata.

Nagu on näidatud joonisel, on murdumisteleskoobil kaks põhikonfiguratsiooni: Kepleri teleskoobil on lähendava läätse okulaar ja Galilea teleskoobil erineva läätsega okulaar. Kepleriani teleskoobi kaudu vaadatav pilt on ümberpööratud, samas kui Galilea teleskoobi loodud pilt on püstine. Teleskoop iseenesest ei ole kujutise kujundamise süsteem. Pigem moodustab teleskoobi külge kinnitatud termokaamera pildi lõpuks oma optika kaudu.

Kepleriani teleskoobi suurenduse määrab objektiivi ja okulaari läätsede fookuskauguste suhe:

Suurendus_Keplerian = fo/fe

Galilea teleskoop kasutab positiivset ja negatiivset okulaari, nii et selle suurenduse annavad:

Suurendamine_Galerii = -fo/fe

Objekti suurus on oluline ka seetõttu, et mida suurem on selle läbimõõt, seda rohkem valgust see kogub ja seda paremini suudab ta lähedasi objekte lahendada.

2. samm: termopildistamiseks sobivate objektiivide valimine

Termokaamerad mõõdavad infrapunavalguse intensiivsust umbes 10 µm juures. Selle põhjuseks on asjaolu, et objektid kiirgavad musta keha kiirgust, mille tipp on umbes sellel lainepikkusel vastavalt Wieni nihkeseadusele. Tavaline klaas ei lase aga valgust nendel lainepikkustel, nii et termopildistamisel kasutatavad läätsed peavad olema valmistatud kas germaaniumist või tsinkseleniidist, mis lasevad 10 µm kiirgust läbi.

Germanium (Ge) läätsi kasutatakse kõige sagedamini termopildirakendustes, kuna nende lai edastusulatus (2,0 - 16 µm) huvipakkuvas spektripiirkonnas. Germaniumi läätsed on nähtavale valgusele läbipaistmatud ja klaasjashalli metallikusega. Nad on inertsed õhu, vee, leeliste ja enamiku hapete suhtes. Germaani murdumisnäitaja on 10,6 µm juures 4,004 ja selle ülekandeomadused on väga temperatuuritundlikud.

Tsinkseleniidi (ZnSe) kasutatakse palju sagedamini koos CO2 -laseritega. Sellel on väga lai edastusulatus (600 nm - 16,0 µm). Nähtava spektri punase osa vähese neeldumise tõttu kasutatakse ZnSe läätsi tavaliselt optilistes süsteemides, mis ühendavad CO2-lasereid (mis tavaliselt töötavad 10,6 µm juures) koos odavate nähtavate punaste HeNe või pooljuhtjoonduslaseritega. Nende edastusulatus hõlmab osa nähtavast spektrist, andes neile sügava oranži tooni.

Uusi infrapuna läätsi saab osta Thorlabsilt, Edmund Opticsilt ja teistelt optiliste komponentide tarnijatelt. Nagu võite ette kujutada, pole need läätsed odavad-Thorlabs'i Ø1/2-tollised Ge-plano-kumerad läätsed on hinnaga umbes 140 dollarit, ZnSe-objektiivid aga umbes 160 dollarit. Ø1”Ge-läätsed müüvad umbes 240 dollari eest, samas kui ZnSe selle läbimõõduga umbes 300 dollarit. Ülejäägid või Kaug-Ida pakkumised on seega parimad makro- ja telefotoadapterite valmistamiseks. Hiinast pärit ZnSe objektiive saab eBay®-st osta umbes 60 dollari eest.

3. samm: telekonverteri disain

Mul õnnestus leida Ø1”Ge-plano-kumer lääts fookuskaugusega 50 mm (sarnane Thorlabs LA9659-E3-ga) ja Ø1/2-tolline Ge-plano-kumer lääts fookuskaugusega 15 mm (sarnane Thorlabs LA9410-E3), et teha oma Kepleriani telekonverter. Suurendus on järgmine:

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

Teiste suurendustega telefotoadaptereid on lihtne kujundada, kasutades ülaltoodud lihtsaid valemeid. Pange tähele, et põhiläätse toru pikkust võib olla vaja muuta, kuna läätsede vaheline kaugus peaks olema f0 + fe lähedal.

Samm: koguge telekonverteri komponendid

Sellise telekonverteri ehitamiseks, nagu mina, vajate järgmisi komponente (kõik on Thorlabsi osad):

LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-kumer lääts, f = 50 mm, AR-kaetud: 7-12 µm $ 241.74

LA9410-E3 Ø1/2 Ge Plano-kumer lääts, f = 15 mm, AR-kaetud: 7-12 µm $ 139,74

SM1V05 Ø1 "reguleeritav läätsetoru, 0,31" reisivahemik 30,25 dollarit

SM1L15 SM1 objektiivitoru, 1,50 keerme sügavus, üks kinnitusrõngas on kaasas 15,70 dollarit

SM1A1 adapter väliste SM05 niitide ja sisemiste SM1 niitidega 20,60 dollarit

SM05L03 SM05 objektiivitoru, 0,30 keermesügavus, kaasas üks kinnitusrõngas 13,80 dollarit

SM1RR SM1 kinnitusrõngas Ø1 läätsetorudele ja kinnitustele 4,50 dollarit

Kokku uute germaaniumi läätsedega 466,33 dollarit

Eluase vaid 84,85 dollarit

Ma paigutasin oma telekonverteri optilisse torusse, mis oli valmistatud Thorlabi SM1 ja SM05 torukomponentidest. Asetasin objektiivi SM1V05 reguleeritava läätsetoru ette, et võimaldada teravustamist, võimaldades reguleerida läätsede vahelist kaugust. Fookuse lukustamiseks kasutatakse välist SM1 rõngast. Thorlabsi uhiuute osade kasutamisel võite kulutada umbes 466 dollarit. Kui kasutate eBay® ZnSe läätsi ja korpuse uusi osi, kulutate tõenäoliselt umbes 200 dollarit.

Teleskoobi korpus ei pea olema nii uhke kui minu oma. Teatud teravustamiskorraldusega PVC -torud (nt keermestatud korgile kinnitatud lääts) töötavad suurepäraselt. Kuid mulle väga meeldivad Thorlabsi SM -torud, kuna need on suhteliselt odavad ja sobivad ideaalselt seda tüüpi optiliste instrumentide ehitamiseks. Lisaks asetseb okulaari SM05L03 keermestatud pool ideaalselt Seek RevealPRO objektiivi kinnitusrõnga vastu.

5. samm: ehitamine 1. samm: eemaldage rõngas torust SM1L15

Eemaldage sõrmede või mutrivõtme mutrivõtme abil (nt Thorlabs SPW602, mille hind on 26,75 dollarit), eemaldage SM1L15 toru sees olev SM1 kinnitusrõngas.

6. samm: ehitamine 2. etapp: valmistage komponendid ette objektiivi kokkupanekuks

Valmistage ette objektiivi kokkupanekuks vajalikud komponendid:

• SM1V05 reguleeritav läätsetoru
• Kaks SM1 kinnitusrõngast (üks neist pärineb SM1L15 objektiivitorust, nagu on näidatud eelmises etapis)
• Ø1 "Ge Plano-kumer lääts, f = 50 mm, AR-kaetud: 7-12 µm (või sarnane)

Samm 7: ehitamine Etapp 3: sisestage SM1 kinnitusrõngas SM1V05 6 mm sügavusele

Sisestage mutrivõtme mutrivõtme või sõrmedega üks kinnitusrõngas SM1V05 reguleeritava läätsetorusse umbes 6 mm sügavusele. Seda võib olla vaja muuta sõltuvalt objektiivist, mille valisite objektiiviks. Idee on võimaldada läätsel piisavalt taga istuda, et oleks võimalik kasutada kinnitusrõngast teisel pool objektiivi.

8. samm: ehitamine 4. samm: sisestage objektiiv ja välimine kinnitusrõngas

Sisestage objektiiv lääts kumer külg väljapoole ja seejärel kinnitage see teise kinnitusrõnga abil. Olge ettevaatlik ja ärge pingutage üle, sest see võib objektiivi kahjustada! Kui kasutate mutrivõtme asemel pintsette või mõnda muud tööriista, olge ettevaatlik, et objektiivi mitte kriimustada.

9. samm: ehitamine 5. samm: valmistage okulaari komponendid ette

Valmistage ette komponendid, mida kasutate okulaari kokkupanemiseks:

• SM05L03 läätsetoru
• SM5 kinnitusrõngas (eemaldatud torust SM05L03)
• Ø1/2 "Ge Plano-kumer lääts, f = 15 mm, AR-kaetud: 7-12 µm (või sarnane)

10. samm: ehitamine 6. samm: okulaari kokkupanek

Pange okulaar kokku, sisestades okulaari läätse SM05L03 torusse. Kumer külg peaks jääma väliskeerme poole (järgmisel pildil allapoole). Kinnitage objektiiv SM05 kinnitusrõngaga oma kohale. Eelistatavalt kasutage SM05 kinnitusrõnga sisestamiseks ja pingutamiseks mutrivõtme SM05 mutrivõtit (nt Thorlabs SPW603, mille hind on 24,50 dollarit). Olge ettevaatlik ja ärge pingutage üle, sest see võib objektiivi kahjustada! Kui kasutate mutrivõtme asemel pintsette või mõnda muud tööriista, olge ettevaatlik, et objektiivi mitte kriimustada.

11. samm: ehitamine 7. samm: kinnitage okulaar adapterile SM1-SM05

Keerake okulaari läätsesõlm SM1A1 SM1-SM05 adapterile.

12. samm: ehitamine 8. samm: lõplik kokkupanek

Lõpuks keerake okulaari läätsesõlm (paigaldatud SM1A1 adapterile) ja objektiivikomplekt SM1L15 läätsetorule. See lõpetab Kepleriani telemuunduri kokkupaneku.

Samm 13: kasutage telekonverterit

Asetage telemuundur termokaamera objektiivi ette ja hakake uurima! Teravustage objektiivi, keerates objektiivikomplekti, kuni saadakse objekti teravam pilt. Teravustamissätte lukustamiseks saab kasutada välist SM1 rõngast, mis on kaasas reguleeritava objektiivitoruga SM1V05.

Kaaluge Thorlabs SM05NT ($ 6,58) SM05 lukustusrõnga (ID 0,535 "-40, 0,75" OD) püsivat kinnitamist oma kaamera objektiivikinnitusele, et saaksite kiiresti paigaldada makro- või telefoto muundurid kaamera objektiivi ette. selle algne funktsionaalsus.

Lõpuks pidage meeles, et Kepleriani teleskoop pöörab pildi ümber, nii et näete oma kaamera ekraanil termopilti tagurpidi. See nõuab vaid natuke harjutamist, et harjuda tõsiasjaga, et kaamera suunamine koos paigaldatud telemuunduriga nõuab liigutusi pildi vastassuunas.

14. samm: jõudlus

Olen tulemustega väga rahul. Joonised näitavad mõningaid näidiseid kasutatavast telemuundurist. Vasakpoolsed paanid näitavad Seek RevealPRO fikseeritud objektiivi kaudu jäädvustatud pilti. Parempoolsed paanid näitavad sama stseeni, kasutades × 3,33 telekonverterit. Lisasin vasakpoolsetel paanidel olevatele piltidele oranži ristküliku, mis näitab telekonverteriga suurendatud piirkonda. Ristküliku mõõtmed on pildiraami mõõtmed 1/3,33, mis näitab, et telemuunduri suurendus on tõepoolest × 3,33.

Loomulikult on Seek RevealPRO -s kasutatavad objektiivisüsteemid ja telekonverter äärmiselt lihtsad, seega on oodata moonutusi ja vinjeteerimist. Nagu on näidatud minu koduõue naabrite ja osa taevast tehtud fotodel, on vinjeteerumine kõige ilmsem, kui kasutate telekonverterit suurel kaugusel asuvate pildistatavate objektide jaoks. Sellegipoolest on detailid, mida ilma abita kaameraga näha pole, teleobjektiivi kasutades väga selged.

15. samm: allikad

Allpool on toodud selles juhendis mainitud materjalide allikad:

• Otsige - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• Edmundi tööstusoptika - www.edmundoptics.com

Märkus: ma ei ole nende ettevõtetega mingil viisil seotud.

Edasine lugemine ja katsed

Nähtamatu maailma füüsika ja fotograafiaga seotud huvitavamate eksperimentide jaoks vaadake palun läbi minu raamatud (minu veebisaidil Amazon.com olevad raamatud leiate siit) ja minge minu veebisaitidele: www.diyPhysics.com ja www. UVIRimaging.com.