Diy termokamera teleomformer: 15 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Jeg har nylig kjøpt et Seek RevealPro termisk kamera, som kan skryte av en 320 x 240 termisk sensor med> 15 Hz bildefrekvens til en utrolig rimelig pris.

Et av de eneste problemene jeg har med dette kameraet er at det kommer med et fast 32 ° -feltobjektiv. Dette er OK for generell termisk inspeksjon, men det er en reell ulempe når du prøver å bruke kameraet for nærarbeid for å vurdere spredning på kretskort eller identifisere en defekt eller underdimensjonert komponent. På motsatt side av avstandsområdet gjør 32 ° FOV -objektivet det vanskelig å se og måle temperaturen på objekter på avstand, eller av mindre objekter på normale avstander.

diy "makro" forstørrelsesadaptere har blitt beskrevet, men jeg er ikke klar over at noen ennå har vist hvordan man bygger en teleomformer for et av disse kameraene.

Trinn 1: Enkle teleskoper

Å fotografere et objekt på avstand med et termisk kamera krever et enkelt teleskop laget med linser som fungerer i 10 µm -området. Et grunnleggende brytningsteleskop som har to optiske elementer, et objektiv og et okular. Målet er en stor linse som samler lys fra et fjernt objekt og skaper et bilde av objektet i fokusplanet. Okularet er bare et forstørrelsesglass som termokameraet kan se det virtuelle bildet gjennom.

Som vist på figuren, er det to grunnleggende konfigurasjoner for et brytningsteleskop: Et Keplerian -teleskop har et konvergerende objektiv okular og et galileisk teleskop har et divergerende linse okular. Bildet sett gjennom det keplerianske teleskopet er invertert, mens det som produseres av et galileisk teleskop er oppreist. Teleskopet i seg selv er ikke et bildedannende system. Snarere danner det termiske kameraet som er festet til teleskopet til syvende og sist bildet gjennom sin egen optikk.

Forstørrelsen til et Keplerian -teleskop bestemmes av forholdet mellom objektivets og okularlinsens brennvidde:

Magnification_Keplerian = fo/fe

Det galileiske teleskopet bruker et positivt objektiv og et negativt okular, så forstørrelsen er gitt av:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

Målets størrelse er også viktig fordi jo større dens diameter er, desto mer lys kan den samle, og jo bedre kan den løse nærliggende objekter.

Trinn 2: Velge objektiver egnet for termisk bildebehandling

Termiske kameraer måler intensiteten til infrarødt lys på rundt 10 um. Dette er fordi objekter avgir stråler av svart kropp som toppet seg rundt bølgelengden i samsvar med Wiens forskyvningslov. Normalt glass overfører imidlertid ikke lys ved disse bølgelengdene, så linsene som brukes i termisk avbildning må være laget av enten Germanium eller Sinkselenid som lar stråling i 10 µm -området passere.

Germanium (Ge) -linser brukes mest til termiske bildeapplikasjoner på grunn av deres brede overføringsområde (2,0 - 16 µm) i spektralområdet av interesse. Germanium-objektiver er ugjennomsiktige for synlig lys og har et glassgrått metallisk utseende. De er inerte mot luft, vann, alkalier og de fleste syrer. Germanium har en brytningsindeks på 4,004 ved 10,6 µm, og dens overføringsegenskaper er svært temperaturfølsomme.

Sinkselenid (ZnSe) brukes mye mer med CO2 -lasere. Den har et veldig bredt overføringsområde (600 nm - 16,0 µm). På grunn av lav absorpsjon i den røde delen av det synlige spekteret, brukes ZnSe-linser ofte i optiske systemer som kombinerer CO2-lasere (som vanligvis opererer ved 10,6 µm), med billige synlige-røde HeNe- eller halvlederjusteringslasere. Overføringsområdet deres inkluderer en del av det synlige spekteret, noe som gir dem en dyp oransje fargetone.

Nye infrarøde linser kan kjøpes fra Thorlabs, Edmund Optics og andre optiske komponentleverandører. Som du kan forestille deg, er disse linsene ikke billige-Ø1/2 "Ge plano-konvekse linser fra Thorlabs er priset til rundt $ 140, mens ZnSe-linser er rundt $ 160. Ø1" Ge-linser selger for rundt $ 240, mens ZnSe til denne diameteren koster rundt $ 300. Overskuddsfunn eller tilbud fra Fjernøsten er dermed best for å lage makro- og tele-adaptere. ZnSe-objektiver fra Kina kan kjøpes på eBay® for rundt $ 60.

Trinn 3: Design av telefotoomformer

Jeg var i stand til å finne en Ø1”Ge plano-konveks linse med en brennvidde på 50 mm (ligner en Thorlabs LA9659-E3) og en Ø1/2” Ge plano-konveks linse med en brennvidde på 15 mm (lik en Thorlabs LA9410-E3) for å lage min Keplerian teleomformer. Forstørrelsen er således:

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

Teleadaptere med andre forstørrelser er enkle å designe ved hjelp av de enkle formlene vist ovenfor. Vær oppmerksom på at hovedlinserørets lengde må endres, siden avstanden mellom linsene skal være nær f0 + fe.

Trinn 4: Samle komponenter til telefotoomformeren

Du trenger følgende komponenter for å konstruere en teleomformer som min (alle er Thorlabs -deler):

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

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

SM1V05 Ø1 "Justerbart objektivrør, 0,31" reiseområde $ 30,25

SM1L15 SM1 objektivrør, 1,50 gjengedybde, inkludert en ring inkludert $ 15,70

SM1A1 -adapter med eksterne SM05 -tråder og interne SM1 -tråder $ 20,60

SM05L03 SM05 objektivrør, 0,30 gjengedybde, én holdering inkludert $ 13,80

SM1RR SM1 Holdering for Ø1 objektivrør og fester $ 4,50

Totalt med nye germanium -objektiver $ 466,33

Bolig bare $ 84,85

Jeg lagde teleomformeren min i et optisk rør laget med Thorlabs SM1- og SM05 -rørkomponenter. Jeg plasserte objektivet foran på et justerbart objektivrør SM1V05 for å tillate fokusering ved å gjøre det mulig å justere avstanden mellom linsene. En ekstern SM1 -ring brukes til å låse fokus. Ved å bruke helt nye deler fra Thorlabs kan du forvente å bruke rundt $ 466. Hvis du bruker ZnSe -objektiver fra eBay® og nye deler til huset, vil du sannsynligvis bruke rundt $ 200.

Kapslingen til teleskopet trenger ikke å være like fancy som min. PVC -rør med noe oppsett for fokusering (f.eks. Objektiv montert på gjenget hette) vil fungere helt OK. Imidlertid liker jeg veldig godt Thorlabs’SM Tubes fordi de er relativt rimelige og perfekt egnet for konstruksjon av denne typen optiske instrumenter. I tillegg sitter den gjengede siden av okularets SM05L03 perfekt mot holderingen på Seek RevealPRO -objektivet.

Trinn 5: Konstruksjon Trinn 1: Fjern ringen fra SM1L15 -røret

Bruk fingrene eller en skiftenøkkel (f.eks. Thorlabs SPW602 som selger for $ 26,75) for å fjerne SM1 -festringen som kommer inne i SM1L15 -røret.

Trinn 6: Konstruksjon Trinn 2: Forbered komponenter for montering av objektivlinsen

Forbered komponentene du trenger for montering av objektivet:

• SM1V05 justerbart objektivrør
• To SM1 festeringer (en av dem kommer fra SM1L15 objektivrøret som vist i forrige trinn)
• Ø1 "Ge Plano-konveks linse, f = 50 mm, AR-belagt: 7-12 µm (eller lignende)

Trinn 7: Konstruksjon Trinn 3: Sett SM1 -holderingen inn i SM1V05 til en dybde på 6 mm

Bruk en skiftenøkkel eller fingrene til å sette inn en ring i det justerbare objektivrøret SM1V05 til en dybde på omtrent 6 mm. Dette må kanskje endres avhengig av objektivet du valgte som mål. Tanken er å la linsen sitte tilstrekkelig bak for å gjøre det mulig å bruke en ring på den andre siden av linsen.

Trinn 8: Konstruksjon Trinn 4: Sett inn objektivlinsen og den ytre ringen

Sett inn objektivet med den konvekse siden vendt utover og fest det på plass med den andre festringen. Vær forsiktig så du ikke strammer for mye, da dette kan skade linsen! Hvis du bruker pinsett eller annet verktøy i stedet for en skiftenøkkel, må du være forsiktig så du ikke klør linsen.

Trinn 9: Konstruksjon Trinn 5: Forbered komponenter for okular

Forbered komponentene du vil bruke til å montere okularet:

• SM05L03 objektivrør
• SM5 holderring (fjernet fra SM05L03 -røret)
• Ø1/2 "Ge Plano-Convex Lens, f = 15 mm, AR-belagt: 7-12 µm (eller lignende)

Trinn 10: Konstruksjon Trinn 6: Monter okularet

Monter okularet ved å sette inn okularlinsen i SM05L03 -røret. Den konvekse siden skal vende mot de ytre trådene (ned på bildet nedenfor). Fest linsen på plass med SM05 -festringen. Bruk helst en SM05 -skiftenøkkel (f.eks. Thorlabs SPW603, som selger for $ 24,50) for å sette inn og stramme SM05 -festringen. Vær forsiktig så du ikke strammer for mye, da dette kan skade linsen! Hvis du bruker pinsett eller annet verktøy i stedet for en skiftenøkkel, må du være forsiktig så du ikke klør linsen.

Trinn 11: Konstruksjon Trinn 7: Monter okularet til SM1-til-SM05-adapteren

Skru okularlinsenheten på en SM1A1 SM1-til-SM05-adapter.

Trinn 12: Konstruksjon Trinn 8: Sluttmontering

Til slutt, skru okularlinsenheten (montert på SM1A1 -adapteren) og objektivlinsenheten på objektivrøret SM1L15. Dette fullfører monteringen av Keplerian teleomformeren.

Trinn 13: Bruk telefotoomformeren

Plasser teleomformeren foran termokameraets objektiv og begynn å utforske! Du bør fokusere linsen ved å dreie objektivlinsenheten til det skarpeste bildet av motivet er oppnådd. Den eksterne SM1 -ringen som følger med det justerbare objektivrøret SM1V05 kan brukes til å låse fokusinnstillingen.

Det kan være lurt å vurdere å feste en Thorlabs SM05NT ($ 6,58) SM05 låsering (ID 0,535 "-40, 0,75" OD) permanent til kameraets objektivfeste, slik at du raskt kan montere makro- eller teleomformere foran kameraets objektiv uten å påvirke sin opprinnelige funksjonalitet.

Husk til slutt at et kepleriansk teleskop inverterer bildet, slik at du vil se det termiske bildet opp ned på kameraets skjerm. Det tar bare litt øvelse å venne seg til at det å peke kameraet med teleomformeren installert trenger bevegelser i motsatt retning av bildet.

Trinn 14: Ytelse

Jeg er veldig fornøyd med resultatene. Figurene viser noen eksempelbilder av teleomformeren som er i bruk. De venstre rutene viser bildet tatt gjennom Seek RevealPROs faste objektiv. De høyre rutene viser den samme scenen ved hjelp av telefotoomformeren × 3,33. Jeg la til et oransje rektangel på bildene på de venstre rutene for å indikere området forstørret av telefotoomformeren. Rektanglets dimensjoner er 1/3,33 de i bilderammen, som viser at forstørrelsen oppnådd av teleomformeren faktisk er × 3,33.

Selvfølgelig er linsesystemene som brukes i Seek RevealPRO og teleomformeren ekstremt enkle, så det kan forventes forvrengninger og vignettering. Som vist på bildene av mine naboer i bakgården og en del av himmelen, er vignettering tydeligst når du bruker teleomformeren til bildeobjekter på stor avstand. Likevel er detaljer som ikke kan sees med kameraet uten hjelp veldig tydelige ved hjelp av teleomformeren.

Trinn 15: Kilder

Følgende er kilder til materialene nevnt i denne instruksjonsboken:

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

Merk: Jeg er på ingen måte tilknyttet disse selskapene.

Videre lesing og eksperimenter

For flere interessante eksperimenter om fysikk og fotografering av den usynlige verden, vennligst se gjennom bøkene mine (klikk her for bøkene mine på Amazon.com) og gå til nettstedene mine: www.diyPhysics.com og www. UVIRimaging.com.