Telefoto konverter sa termalnom kamerom „uradi sam“: 15 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

Nedavno sam kupio Seek RevealPro termalnu kameru koja se može pohvaliti termalnim senzorom od 320 x 240 sa brzinom kadra> 15 Hz po nevjerovatno pristupačnoj cijeni.

Jedan od problema koje imam s ovim fotoaparatom je taj što dolazi s fiksnim objektivom za vidno polje od 32 °. To je u redu za opći termički pregled, ali to je stvarni nedostatak kada pokušavate koristiti kameru za rad izbliza za procjenu rasipanja na tiskanim pločicama ili identifikaciju neispravne ili premale komponente. Na suprotnoj strani raspona udaljenosti, 32 ° FOV objektiv otežava gledanje i mjerenje temperature objekata na daljinu ili manjih objekata na normalnoj udaljenosti.

"makro" adapteri za povećavanje "uradi sam" su opisani, 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 veliko sočivo koje prikuplja svjetlost s udaljenog objekta i stvara sliku tog objekta u žižnoj ravnini. Okular je samo povećalo kroz koje termalna kamera može vidjeti virtualnu sliku.

Kao što je prikazano na slici, postoje dvije osnovne konfiguracije za refrakcijski 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 sistem za formiranje slike. Umjesto toga, termalna kamera pričvršćena za teleskop na kraju formira sliku kroz vlastitu optiku.

Uvećanje Keplerian teleskopa određeno je omjerom između žarišnih duljina objektiva i okulara:

Povećanje_Keplerian = fo/fe

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

Magnigication_Galilean = -fo/fe

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

Korak 2: Odabir objektiva prikladnih za termalnu sliku

Termalne kamere mjere intenzitet infracrvenog svjetla na oko 10 µm. To je zato što objekti emitiraju zračenje crnog tijela koje dostiže vrhunac oko te valne duljine u skladu s Benovim zakonom pomaka. Međutim, normalno staklo ne propušta svjetlost na tim valnim duljinama, pa leće koje se koriste za termičko snimanje moraju biti izrađene od germanija ili cinkovog selenida koje propuštaju zračenje u rasponu od 10 µm.

Germanijumska (Ge) sočiva se najčešće koriste za termovizijske aplikacije zbog širokog opsega prenosa (2,0 - 16 µm) u spektralnom području od interesa. Germanijeva sočiva su neprozirna za vidljivu svjetlost i imaju staklasto sivi metalni izgled. Inertni su 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) se mnogo 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 sistemima koji kombiniraju CO2 lasere (koji obično rade na 10,6 µm), s jeftinim vidljivo-crvenim HeNe ili poluvodičkim laserima za poravnanje. Njihov raspon prijenosa uključuje dio vidljivog spektra, dajući im duboku narandžastu nijansu.

Nova infracrvena sočiva mogu se kupiti od Thorlabsa, Edmund Optike i drugih dobavljača optičkih komponenti. Kao što možete zamisliti, ova sočiva nisu jeftina-Ø1/2 "Ge plano-konveksna sočiva iz Thorlabsa koštaju oko 140 USD, dok su ZnSe objektivi oko 160 USD. Ø1" Ge leće prodaju se oko 240 USD, dok ZnSe po ovom promjeru košta oko 300 USD. Viškovi nalaza ili ponude sa 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 ravno konveksno sočivo sa žižnom daljinom od 50 mm (slično kao Thorlabs LA9659-E3) i Ø1/2 Ge ravno konveksno sočivo sa žižnom daljinom od 15 mm (slično a Thorlabs LA9410-E3) za izradu mog Keplerian telefoto pretvarača. Povećanje je ovako:

Uvećanje = 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 dužinu cijevi glavnog objektiva možda trebati promijeniti, jer udaljenost između leća treba biti blizu f0 + fe.

Korak 4: Prikupite komponente za telefoto konverter

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

LA9659-E3 Ø1 Ge ravno-konveksna sočiva, f = 50 mm, premazana AR: 7-12 µm $ 241.74

LA9410-E3 Ø1/2 Ge ravno-konveksna sočiva, f = 15 mm, premazana AR: 7-12 µm $ 139.74

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

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

SM1A1 adapter sa vanjskim SM05 navojima i unutrašnjim SM1 navojima 20,60 USD

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

SM1RR SM1 sigurnosni prsten za Ø1 cijevi objektiva 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 objektiv na prednju stranu podesive cijevi objektiva SM1V05 kako bih omogućio fokusiranje omogućujući podešavanje udaljenosti između objektiva. Za zaključavanje fokusa koristi se vanjski prsten SM1. Koristeći potpuno nove dijelove iz Thorlabsa 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. Objektiv montiran 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 leži uz pričvrsni prsten objektiva Seek RevealPRO.

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

Prstima ili ključem za ključeve (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 objektiva
• Dva pričvrsna prstena SM1 (jedan od njih dolazi iz cijevi objektiva SM1L15 kao što je prikazano u prethodnom koraku)
• Ø1 "Ge Plano-konveksni objektiv, f = 50 mm, premazan AR: 7-12 µm (ili slično)

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

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

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

Umetnite objektiv objektiva s konveksnom stranom okrenutom prema van, a zatim ga pričvrstite pomoću drugog pričvrsnog prstena. Pazite da ne zategnete previše jer to može oštetiti objektiv! 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 za objektiv
• Zadržavajući prsten SM5 (uklonjen sa cijevi SM05L03)
• Ø1/2 "Ge ravno-konveksna sočiva, 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 treba biti okrenuta prema vanjskim navojima (dolje na sljedećoj slici). Pričvrstite objektiv 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 objektiv! 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 objektiva okulara (montiran na adapter SM1A1) i sklop objektiva na cijev objektiva SM1L15. Ovim je završena montaža Keplerian telefoto pretvarača.

Korak 13: Koristite 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 objektiva SM1V05 može se koristiti za zaključavanje postavke fokusa.

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 montirati 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 vježbe da se naviknete na činjenicu da je za usmjeravanje kamere s instaliranim telefoto konvertorom potrebno kretanje u suprotnom smjeru od slike.

Korak 14: Performanse

Veoma 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 konvertora × 3,33. Dodao sam narančasti pravokutnik slikama na lijevim okvirima kako bih označio područje uvećano telefoto konvertorom. Dimenzije pravokutnika su 1/3,33 dimenzija okvira slike, što pokazuje da je uvećanje postignuto telefoto konvertorom zaista × 3,33.

Naravno, sustavi objektiva koji se koriste u Seek RevealPRO -u i telefoto pretvaraču izuzetno su jednostavni, pa se mogu očekivati izobličenja i vinjetiranje. Kao što je prikazano na fotografijama mojih susjeda u dvorištu i dijela neba, vinjetiranje je najočiglednije pri korištenju telefoto konvertora za snimanje objekata na velikoj udaljenosti. Ipak, detalji koji se ne mogu vidjeti pomoću kamere bez pomoći vrlo su vidljivi pomoću telefoto pretvarača.

Korak 15: Izvori

Ovo su izvori za materijale navedene u ovom uputstvu:

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

Napomena: Nisam povezan sa ovim kompanijama ni na koji način.

Daljnje čitanje i eksperimenti

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