Diy Thermal Camera Convertor teleobiectiv: 15 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Recent am achiziționat o cameră termică Seek RevealPro, care are un senzor termic de 320 x 240 cu o rată de cadru> 15 Hz la un preț incredibil de accesibil.

Una dintre singurele probleme pe care le am cu această cameră este că vine cu un obiectiv fix cu câmp de vedere de 32 °. Acest lucru este OK pentru inspecția termică generală, dar este un dezavantaj real atunci când încercați să utilizați camera pentru lucrări de aproape pentru a evalua disiparea pe plăci de circuite imprimate sau pentru a identifica o componentă defectă sau subdimensionată. Pe partea opusă a distanței, obiectivul FOV de 32 ° face dificilă vizualizarea și măsurarea temperaturii obiectelor la distanță sau a obiectelor mai mici la distanțe normale.

Au fost descrise adaptoare de mărire "macro", dar nu știu că cineva a arătat încă cum să construiască un convertor de teleobiectivitate pentru una dintre aceste camere.

Pasul 1: Telescoape simple

Imaginarea unui obiect la distanță cu o cameră termică necesită un telescop simplu realizat cu lentile care funcționează în intervalul de 10 µm. Un telescop de refractare de bază care are două elemente optice, un obiectiv și un ocular. Obiectivul este un obiectiv mare care colectează lumina de la un obiect îndepărtat și creează o imagine a acelui obiect în planul focal. Ocularul este doar o lupă prin care camera termică poate vizualiza imaginea virtuală.

După cum se arată în figură, există două configurații de bază pentru un telescop de refracție: un telescop Keplerian are un ocular convergent și un telescop galilean are un ocular divergent. Imaginea vizualizată prin telescopul Keplerian este inversată, în timp ce cea produsă de un telescop galilean este verticală. Telescopul în sine nu este un sistem de formare a imaginilor. Mai degrabă, camera termică atașată telescopului formează în cele din urmă imaginea prin propria sa optică.

Mărirea unui telescop Keplerian este determinată de raportul dintre distanțele focale ale obiectivului și ale ocularului:

Magnification_Keplerian = fo / fe

Telescopul galilean folosește un obiectiv pozitiv și un ocular negativ, astfel încât mărirea sa este dată de:

Magnigication_Galilean = -fo / fe

Mărimea obiectivului este, de asemenea, importantă, deoarece cu cât diametrul său este mai mare, cu atât poate colecta mai multă lumină și cu atât poate rezolva mai bine obiectele apropiate.

Pasul 2: Selectarea obiectivelor potrivite pentru imagistica termică

Camerele termice măsoară intensitatea luminii în infraroșu la aproximativ 10 µm. Acest lucru se datorează faptului că obiectele emit radiații ale corpului negru cu vârfuri în jurul acelei lungimi de undă, în conformitate cu legea deplasării Wien. Cu toate acestea, sticla normală nu transmite lumina la acele lungimi de undă, astfel încât lentilele utilizate în imagistica termică trebuie să fie fabricate fie din germaniu, fie din selenură de zinc, care să permită trecerea radiațiilor în intervalul de 10 µm.

Lentilele de germaniu (Ge) sunt utilizate cel mai frecvent pentru aplicații de imagistică termică datorită domeniului lor larg de transmisie (2,0 - 16 µm) în regiunea spectrală de interes. Lentilele de germaniu sunt opace la lumina vizibilă și au un aspect metalic cenușiu-sticlos. Sunt inerte față de aer, apă, alcali și majoritatea acizilor. Germaniul are un indice de refracție de 4.004 la 10,6 µm, iar proprietățile sale de transmisie sunt foarte sensibile la temperatură.

Selenura de zinc (ZnSe) este mult mai frecvent utilizată cu laserele cu CO2. Are un domeniu de transmisie foarte larg (600 nm - 16,0 µm). Datorită absorbției reduse a porțiunii roșii a spectrului vizibil, lentilele ZnSe sunt utilizate în mod obișnuit în sistemele optice care combină lasere CO2 (care funcționează în mod obișnuit la 10,6 µm), cu lasere HeNe cu roșu vizibil ieftin sau lasere de aliniere semiconductoare. Gama lor de transmisie include o parte din spectrul vizibil, oferindu-le o nuanță portocalie intensă.

Lentile noi cu infraroșu pot fi achiziționate de la Thorlabs, Edmund Optics și alți furnizori de componente optice. După cum vă puteți imagina, aceste lentile nu sunt ieftine - obiectivele plan-convexe Ø1 / 2 Ge de la Thorlabs au un preț de aproximativ 140 USD, în timp ce obiectivele ZnSe sunt în jur de 160 USD. aproximativ 300 dolari. Descoperirile de surplus sau ofertele din Orientul Îndepărtat sunt astfel cele mai bune pentru a face adaptoarele macro și teleobiective. Lentilele ZnSe din China pot fi cumpărate de pe eBay® pentru aproximativ 60 dolari.

Pasul 3: Proiectare convertor teleobiectiv

Am reușit să găsesc un obiectiv plan-convex Ø1”Ge cu o distanță focală de 50 mm (similar cu un Thorlabs LA9659-E3) și un obiectiv plan-convex Ge de 1/2” cu o distanță focală de 15 mm (similar cu un Thorlabs LA9410-E3) pentru a-mi face convertorul teleobiectiv Keplerian. Mărirea este astfel:

Mărire = fo / fe = 50mm / 15mm = 3,33

Adaptoarele teleobiective ale altor măriri sunt ușor de proiectat folosind formulele simple prezentate mai sus. Vă rugăm să rețineți că este posibil să fie necesară modificarea lungimii tubului principal al obiectivului, deoarece distanța dintre lentile ar trebui să fie aproape de f0 + fe.

Pasul 4: Colectați componente pentru convertorul de telefoto

Veți avea nevoie de următoarele componente pentru a construi un convertor teleobiectiv ca al meu (toate sunt piese Thorlabs):

LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-Convex Lens, f = 50 mm, acoperit cu AR: 7-12 µm 241,74 USD

LA9410-E3 Ø1 / 2 Ge Plano-Convex Lens, f = 15 mm, acoperit cu AR: 7-12 µm 139,74 USD

SM1V05 Ø1 "Tub obiectiv ajustabil, 0,31" Călătorie 30,25 USD

SM1L15 Tub pentru lentile SM1, 1,50 adâncime filet, un inel de fixare inclus 15,70 USD

Adaptor SM1A1 cu fire SM05 externe și fire SM1 interne 20,60 USD

SM05L03 SM05 Tub pentru obiectiv, adâncimea firului de 0,30 , un inel de fixare inclus 13,80 USD

SM1RR Inel de fixare SM1 pentru tuburi și monturi pentru lentile Ø1 4,50 USD

Total cu lentile noi de germaniu 466,33 USD

Locuințe doar 84,85 USD

Mi-am găzduit convertorul teleobiectiv într-un tub optic realizat din componentele tubului SM1 și SM05 ale Thorlab. Am plasat obiectivul obiectivului în partea din față a unui tub de lentilă reglabil SM1V05 pentru a permite focalizarea făcând posibilă ajustarea distanței dintre lentile. Un inel SM1 extern este utilizat pentru a bloca focalizarea. Folosind piese noi de la Thorlabs vă puteți aștepta să cheltuiți aproximativ 466 USD. Dacă utilizați lentile ZnSe de la eBay® și piese noi pentru carcasă, probabil veți cheltui în jur de 200 USD.

Carcasa telescopului nu trebuie să fie la fel de elegantă ca a mea. Țevile din PVC cu un anumit aranjament pentru focalizare (de exemplu, obiectivul montat pe capacul filetat) vor funcționa perfect OK. Cu toate acestea, îmi plac foarte mult Tuburile SM ale Thorlabs, deoarece sunt relativ ieftine și sunt perfect potrivite pentru construcția acestui tip de instrumente optice. În plus, partea filetată a ocularului SM05L03 se așează perfect pe inelul de fixare al obiectivului Seek RevealPRO.

Pasul 5: Construcție Pasul 1: Scoateți inelul din tubul SM1L15

Folosind degetele sau o cheie cheie (de ex. Thorlabs SPW602 care se vinde cu 26,75 USD) scoateți inelul de fixare SM1 care vine în interiorul tubului SM1L15.

Pasul 6: Construcție Pasul 2: Pregătiți componentele pentru asamblarea obiectivului obiectiv

Pregătiți componentele de care veți avea nevoie pentru asamblarea obiectivului obiectiv:

• Tub pentru lentile reglabile SM1V05
• Două inele de fixare SM1 (unul dintre ele provine din tubul obiectivului SM1L15 așa cum se arată în pasul anterior)
• Obiectiv Ge-Plano-Convex Ø1 ", f = 50 mm, acoperit cu AR: 7-12 µm (sau similar)

Pasul 7: Construcție Pasul 3: Introduceți inelul de fixare SM1 în SM1V05 la o adâncime de 6 mm

Folosind o cheie cheie sau degetele, introduceți un inel de fixare în tubul obiectivului reglabil SM1V05 la o adâncime de aproximativ 6 mm. Este posibil să fie nevoie să se schimbe în funcție de obiectivul pe care l-ați ales ca obiectiv. Ideea este de a permite obiectivului să stea suficient de în spate pentru a face posibilă utilizarea unui inel de fixare pe cealaltă parte a obiectivului.

Pasul 8: Construcție Pasul 4: Introduceți obiectivul obiectiv și inelul de fixare exterior

Introduceți obiectivul obiectivului cu partea convexă orientată spre exterior și apoi fixați-l în loc cu ajutorul celui de-al doilea inel de fixare. Aveți grijă să nu strângeți excesiv, deoarece acest lucru poate deteriora lentila! Dacă utilizați o pensetă sau alt instrument în locul unei chei cheie, aveți grijă să nu zgâriați obiectivul.

Pasul 9: Construcție Pasul 5: Pregătiți componentele pentru ocular

Pregătiți componentele pe care le veți folosi pentru a asambla ocularul:

• Tubul obiectivului SM05L03
• Inel de fixare SM5 (scos din tubul SM05L03)
• Obiectiv Ge-Plano-Convex Ø1 / 2 ", f = 15 mm, acoperit cu AR: 7-12 µm (sau similar)

Pasul 10: Construcție Pasul 6: Asamblați ocularul

Asamblați ocularul introducând obiectivul ocularului în tubul SM05L03. Partea convexă ar trebui să fie orientată spre firele exterioare (în jos în imaginea următoare). Fixați obiectivul în poziție cu inelul de fixare SM05. De preferință, utilizați o cheie cheie SM05 (de exemplu, Thorlabs SPW603, care se vinde cu 24,50 USD) pentru a introduce și strânge inelul de fixare SM05. Aveți grijă să nu strângeți excesiv, deoarece acest lucru poate deteriora lentila! Dacă utilizați o pensetă sau alt instrument în locul unei chei cheie, aveți grijă să nu zgâriați obiectivul.

Pasul 11: Construcție Pasul 7: Montați ocularul pe adaptorul SM1-la-SM05

Înșurubați ansamblul obiectivului ocularului pe un adaptor SM1A1 SM1-la-SM05.

Pasul 12: Construcție Pasul 8: Asamblarea finală

În cele din urmă, înșurubați ansamblul obiectivului ocularului (montat pe adaptorul SM1A1) și ansamblul obiectivului obiectiv pe tubul obiectivului SM1L15. Aceasta completează ansamblul convertorului teleobiectiv Keplerian.

Pasul 13: Utilizați convertorul teleobiectiv

Plasați convertorul teleobiectiv în fața obiectivului camerei termice și începeți să explorați! Ar trebui să focalizați obiectivul rotind ansamblul obiectivului obiectiv până când se obține cea mai clară imagine a subiectului. Inelul extern SM1 care vine cu tubul de obiectiv reglabil SM1V05 poate fi utilizat pentru a bloca setarea focalizării.

Poate doriți să luați în considerare atașarea permanentă a unui inel de blocare Thorlabs SM05NT (6,58 USD) SM05 (ID 0,535 "-40, 0,75" OD) la obiectivul camerei, astfel încât să puteți monta rapid convertoarele macro sau teleobiective în fața obiectivului camerei, fără a afecta funcționalitatea sa originală.

În cele din urmă, amintiți-vă că un telescop Keplerian inversează imaginea, astfel încât să vedeți imaginea termică cu capul în jos pe ecranul camerei dvs. Este nevoie doar de puțină practică pentru a te obișnui cu faptul că îndreptarea camerei cu convertorul teleobiectiv instalat are nevoie de mișcări în direcția opusă imaginii.

Pasul 14: Performanță

Sunt foarte mulțumit de rezultate. Cifrele prezintă câteva exemple de imagini ale convertorului teleobiectiv utilizat. Panourile din stânga arată imaginea capturată prin obiectivul fix Seek RevealPRO. Panourile din dreapta arată aceeași scenă folosind convertorul teleobiectiv × 3.33. Am adăugat un dreptunghi portocaliu la imaginile din panourile din stânga pentru a indica regiunea mărită de convertorul teleobiectiv. Dimensiunile dreptunghiului sunt 1 / 3,33 cele ale cadrului de imagine, demonstrând că mărirea realizată de convertorul teleobiectiv este într-adevăr × 3,33.

Desigur, sistemele de lentile utilizate în Seek RevealPRO și convertorul de teleobiectivitate sunt extrem de simple, așa că sunt de așteptat distorsiuni și vignetare. Așa cum se arată în fotografiile vecinilor mei din curtea din spate și a unei porțiuni de cer, vignetarea este cea mai evidentă atunci când se utilizează convertorul teleobiectiv pentru a supune imagini la distanță mare. Cu toate acestea, detaliile care nu pot fi văzute cu camera fără ajutor sunt foarte evidente folosind convertorul teleobiectiv.

Pasul 15: Surse

Următoarele sunt surse pentru materialele menționate în acest instructabil:

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

Notă: Nu sunt afiliat în niciun fel cu aceste companii.

Lecturi suplimentare și experimente

Pentru mai multe experimente interesante despre fizica și fotografia lumii nevăzute, vă rugăm să căutați cărțile mele (faceți clic aici pentru cărțile mele de pe Amazon.com) și accesați site-urile mele web: www.diyPhysics.com și www. UVIRimaging.com.