Телефото конвертор с термокамера „направи си сам“: 15 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Наскоро закупих термокамера Seek RevealPro, която може да се похвали с термичен сензор 320 x 240 с честота на кадрите> 15 Hz на невероятно достъпна цена.

Един от единствените проблеми, които имам с тази камера, е, че тя идва с фиксиран 32 ° зрителен обектив. Това е добре за общата термична инспекция, но е истински недостатък, когато се опитвате да използвате камерата за работа отблизо, за да оцените разсейването на печатни платки или да идентифицирате дефектен или малък размер компонент. От другата страна на диапазона на разстоянията, 32 ° FOV обектив затруднява виждането и измерването на температурата на обекти на разстояние или на по -малки обекти на нормални разстояния.

описани са „макро“увеличаващи адаптери „сам“, но не знам, че някой все още е показал как да се изгради телефото конвертор за една от тези камери.

Стъпка 1: Прости телескопи

Изобразяването на обект от разстояние с термична камера изисква прост телескоп, направен с лещи, които работят в диапазона 10 µm. Основен пречупващ телескоп, който има два оптични елемента, обектив и окуляр. Обективът е голяма леща, която събира светлина от далечен обект и създава изображение на този обект във фокалната равнина. Окулярът е просто лупа, през която термокамерата може да види виртуалното изображение.

Както е показано на фигурата, има две основни конфигурации за пречупващ телескоп: Кеплеров телескоп има окуляр за сближаваща се леща, а Галилеев телескоп има окуляр с различаваща се леща. Изображението, гледано през телескопа Кеплериан, е обърнато, докато това, получено от галилейски телескоп, е изправено. Телескопът сам по себе си не е система за образуване на изображения. По -скоро термичната камера, прикрепена към телескопа, в крайна сметка формира изображението чрез собствената си оптика.

Увеличението на кеплеров телескоп се определя от съотношението между фокусните разстояния на обектива и окуляра:

Увеличение_Keplerian = fo/fe

Галилейският телескоп използва положителна цел и отрицателен окуляр, така че нейното увеличение се дава от:

Magligication_Galilean = -fo/fe

Размерът на обектива също е важен, тъй като колкото по -голям е диаметърът му, толкова повече светлина може да събере и по -добре може да разреши близки обекти.

Стъпка 2: Избор на обективи, подходящи за термично изображение

Термичните камери измерват интензитета на инфрачервената светлина на около 10 µm. Това е така, защото обектите излъчват радиация на черно тяло, достигаща пик около тази дължина на вълната в съответствие със закона за изместване на Виен. Нормалното стъкло обаче не пропуска светлина при тези дължини на вълните, така че лещите, използвани при термично изобразяване, трябва да бъдат направени от германий или цинков селенид, които позволяват преминаването на радиация в диапазона 10 µm.

Германиевите (Ge) лещи се използват най -често за термични изображения поради широкия им обхват на предаване (2,0 - 16 µm) в спектралната област, която представлява интерес. Германиевите лещи са непрозрачни за видимата светлина и имат стъклено-сив метален вид. Те са инертни към въздуха, водата, основите и повечето киселини. Германий има индекс на пречупване 4.004 при 10.6 µm, а неговите свойства на предаване са силно чувствителни към температурата.

Цинковият селенид (ZnSe) се използва много по -често с CO2 лазери. Той има много широк обхват на предаване (600 nm - 16.0 µm). Поради ниската абсорбция в червената част на видимия спектър, ZnSe лещите обикновено се използват в оптични системи, които комбинират CO2 лазери (които обикновено работят при 10,6 µm), с евтини видими червени HeNe или полупроводникови лазери за подравняване. Обхватът им на предаване включва част от видимия спектър, придавайки им дълбоко оранжев оттенък.

Нови инфрачервени лещи могат да бъдат закупени от Thorlabs, Edmund Optics и други доставчици на оптични компоненти. Както можете да си представите, тези лещи не са евтини-Ø1/2 "Ge плоско-изпъкнали лещи от Thorlabs са на цена около 140 $, докато ZnSe лещите са около 160 $. Ø1" Ge лещите се продават за около $ 240, докато ZnSe на този диаметър струва около 300 долара. Следователно излишните находки или предложенията от Далечния Изток са най-добрите за направата на макро и телефото адаптери. Обективите ZnSe от Китай могат да бъдат закупени на eBay® за около 60 долара.

Стъпка 3: Дизайн на телефото конвертор

Успях да намеря Ø1”Ge плоскоизпъкнала леща с фокусно разстояние 50 mm (подобно на Thorlabs LA9659-E3) и Ø1/2 Ge плоскоизпъкнала леща с фокусно разстояние 15 mm (подобно на a Thorlabs LA9410-E3), за да направя моя телефото конвертор от Keplerian. Увеличението е така:

Увеличение = fo/fe = 50 мм/15 мм = 3,33

Телефото адаптери с други увеличения са лесни за проектиране, използвайки простите формули, показани по -горе. Моля, обърнете внимание, че може да се наложи промяна на дължината на основната тръба на обектива, тъй като разстоянието между лещите трябва да бъде близко до f0 + fe.

Стъпка 4: Съберете компоненти за телефото конвертора

Ще ви трябват следните компоненти, за да конструирате телефото конвертор като моя (всички са части на Thorlabs):

LA9659-E3 Ø1 Ge плоско-изпъкнала леща, f = 50 mm, AR-покритие: 7-12 µm $ 241.74

LA9410-E3 Ø1/2 Ge плоско-изпъкнала леща, f = 15 mm, AR-покритие: 7-12 µm $ 139.74

SM1V05 Ø1 "Регулируема тръба на обектива, 0.31" Обхват на пътуване $ 30.25

SM1L15 SM1 тръба за обектив, 1,50 дълбочина на резбата, включен един фиксиращ пръстен 15,70 долара

SM1A1 адаптер с външни SM05 нишки и вътрешни SM1 нишки $ 20.60

SM05L03 SM05 тръба за обектив, 0,30 дълбочина на резбата, включен един фиксиращ пръстен 13,80 долара

SM1RR SM1 Задържащ пръстен за тръби и обективи Ø1 за лещи 4,50 $

Общо с нови германиеви лещи 466,33 долара

Жилища само $ 84.85

Поместих своя телефото конвертор в оптична тръба, изработена от тръбните компоненти на Thorlab SM1 и SM05. Поставих обектива на обектива в предната част на регулируема тръба на обектива SM1V05, за да позволя фокусиране, като позволява регулиране на разстоянието между обективите. Външен пръстен SM1 се използва за заключване на фокуса. Използвайки чисто нови части от Thorlabs, можете да очаквате да похарчите около 466 долара. Ако използвате обективи ZnSe от eBay® и нови части за корпуса, вероятно ще похарчите около 200 долара.

Не е необходимо корпусът на телескопа да е толкова фантастичен, колкото моят. PVC тръбите с известна подредба за фокусиране (напр. Обектив, монтиран върху капачка с резба) ще работят перфектно. Въпреки това, много харесвам SM тръбите на Thorlabs, защото са сравнително евтини и са идеално пригодени за изграждането на този тип оптични инструменти. В допълнение, резбованата страна на окуляра SM05L03 седи перфектно срещу фиксиращия пръстен на обектива Seek RevealPRO.

Стъпка 5: Конструкция Стъпка 1: Премахнете пръстена от тръбата SM1L15

С помощта на пръсти или гаечен ключ (напр. Thorlabs SPW602, който се продава за 26,75 щ.д.) свалете фиксиращия пръстен SM1, който влиза в тръбата SM1L15.

Стъпка 6: Конструкция Стъпка 2: Подгответе компоненти за сглобяване на обектива

Подгответе компонентите, които ще ви трябват за сглобяването на обектива:

• SM1V05 регулируема тръба на обектива
• Два фиксиращи пръстена SM1 (един от тях идва от тръбата на обектива SM1L15, както е показано в предишната стъпка)
• Ø1 "Ge плоско-изпъкнал обектив, f = 50 mm, AR-покритие: 7-12 µm (или подобен)

Стъпка 7: Конструкция Стъпка 3: Поставете фиксиращия пръстен SM1 в SM1V05 на дълбочина 6 мм

Използвайки гаечен ключ или пръсти, поставете един фиксиращ пръстен в регулируемата тръба на обектива SM1V05 на дълбочина приблизително 6 мм. Това може да се наложи да се промени в зависимост от обектива, който сте избрали за цел. Идеята е да се позволи на обектива да седне достатъчно отзад, за да стане възможно да се използва фиксиращ пръстен от другата страна на обектива.

Стъпка 8: Конструкция Стъпка 4: Поставете обектива и външния фиксиращ пръстен

Поставете обектива с изпъкналата страна навън и след това го фиксирайте с помощта на втория фиксиращ пръстен. Внимавайте да не стегнете прекалено, тъй като това може да повреди обектива! Ако използвате пинсета или друг инструмент вместо гаечен ключ, внимавайте да не надраскате лещата.

Стъпка 9: Конструкция Стъпка 5: Подгответе компоненти за окуляра

Подгответе компонентите, които ще използвате за сглобяване на окуляра:

• SM05L03 тръба за обектив
• Задържащ пръстен SM5 (отстранен от тръбата SM05L03)
• Ø1/2 "Ge плоско-изпъкнал обектив, f = 15 mm, AR-покритие: 7-12 µm (или подобен)

Стъпка 10: Конструкция Стъпка 6: Сглобете окуляра

Сглобете окуляра, като поставите лещата на окуляра в тръбата SM05L03. Изпъкналата страна трябва да гледа към външните нишки (надолу на следващата снимка). Фиксирайте обектива на място с фиксиращия пръстен SM05. За предпочитане използвайте гаечен ключ SM05 (например Thorlabs SPW603, който се продава за 24,50 долара), за да поставите и затегнете фиксиращия пръстен SM05. Внимавайте да не стегнете прекалено, тъй като това може да повреди обектива! Ако използвате пинсета или друг инструмент вместо гаечен ключ, внимавайте да не надраскате лещата.

Стъпка 11: Конструкция Стъпка 7: Монтирайте окуляра към адаптера SM1-към-SM05

Завийте обектива на окуляра към адаптер SM1A1 SM1-към-SM05.

Стъпка 12: Конструкция Стъпка 8: Окончателно сглобяване

И накрая, завийте монтажния обектив на окуляра (монтиран на адаптера SM1A1) и обектива на обектива върху тръбата на обектива SM1L15. Това завършва сглобяването на телефото конвертора Keplerian.

Стъпка 13: Използвайте Telephoto Converter

Поставете телефото конвертора пред обектива на термокамерата и започнете да изследвате! Трябва да фокусирате обектива, като завъртите монтажния обектив, докато се получи най -острото изображение на обекта. Външният пръстен SM1, който се доставя с регулируемата тръба на обектива SM1V05, може да се използва за заключване на настройката за фокусиране.

Може да помислите за постоянно закрепване на заключващ пръстен на Thorlabs SM05NT ($ 6.58) SM05 (ID 0.535 "-40, 0.75" OD) към стойката на обектива на фотоапарата, така че да можете бързо да монтирате макро или телефото конвертори пред обектива на камерата, без това да повлияе оригиналната му функционалност.

И накрая, не забравяйте, че телескоп Keplerian обръща изображението, така че ще видите топлинната картина с главата надолу на екрана на камерата. Нужно е само малко практика, за да свикнете с факта, че насочването на камерата с инсталиран телефото конвертор се нуждае от движения в обратната посока на изображението.

Стъпка 14: Производителност

Много съм доволен от резултатите. Цифрите показват някои примерни изображения на използвания телефото конвертор. Лявите стъкла показват изображението, заснето чрез фиксирания обектив на Seek RevealPRO. Дясните стъкла показват същата сцена, използвайки телефото конвертор × 3.33. Добавих оранжев правоъгълник към изображенията в лявата част, за да посоча областта, увеличена от телефото конвертора. Размерите на правоъгълника са 1/3.33 тези на рамката на изображението, което показва, че увеличението, постигнато от телефото конвертора, наистина е × 3.33.

Разбира се, системите с обективи, използвани в Seek RevealPRO и телефото конвертора, са изключително прости, така че може да се очакват изкривявания и винетиране. Както е показано на снимките на моите съседи в задния двор и на част от небето, винетирането е най -очевидно, когато се използва телефото конверторът за изображения на обекти на голямо разстояние. Въпреки това, детайлите, които не могат да се видят с камерата без помощ, са много очевидни с помощта на телефото конвертора.

Стъпка 15: Източници

По -долу са източници за материалите, споменати в тази инструкция:

• Търсете - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• Индустриална оптика на Edmund - www.edmundoptics.com

Забележка: Не съм свързан по никакъв начин с тези компании.

По -нататъшно четене и експерименти

За по -интересни експерименти по физика и фотография на невидимия свят, моля, прегледайте моите книги (щракнете тук за моите книги на Amazon.com) и посетете моите уебсайтове: www.diyPhysics.com и www. UVIRimaging.com.