Diy teleobjektív s termo kamerou: 15 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Nedávno som si kúpil termokameru Seek RevealPro, ktorá sa môže pochváliť tepelným snímačom 320 x 240 s frekvenciou snímok> 15 Hz za neuveriteľne výhodnú cenu.

Jeden z mála problémov s týmto fotoaparátom je ten, že je dodávaný s pevným objektívom so zorným poľom 32 °. To je v poriadku pre všeobecnú tepelnú kontrolu, ale je to skutočná nevýhoda, keď sa pokúšate použiť kameru na detailné práce na posúdenie rozptylu na doskách s plošnými spojmi alebo na identifikáciu chybného alebo poddimenzovaného komponentu. Na opačnej strane rozsahu vzdialenosti šošovka 32 ° FOV sťažuje sledovanie a meranie teploty predmetov na diaľku alebo menších predmetov na normálnych vzdialenostiach.

boli popísané "makro" zväčšovacie adaptéry, ale nie som si vedomý toho, že by niekto ešte ukázal, ako vytvoriť teleobjektívny prevodník pre jeden z týchto fotoaparátov.

Krok 1: Jednoduché teleskopy

Na zobrazenie objektu na diaľku termokamerou je potrebný jednoduchý teleskop vyrobený z objektívov, ktoré fungujú v rozsahu 10 µm. Základný refrakčný teleskop, ktorý má dva optické prvky, objektív a okulár. Objektív je veľký objektív, ktorý zbiera svetlo zo vzdialeného objektu a vytvára obraz tohto objektu v ohniskovej rovine. Okulár je len lupa, cez ktorú si termokamera môže prezerať virtuálny obraz.

Ako je znázornené na obrázku, pre refrakčný teleskop existujú dve základné konfigurácie: Keplerov teleskop má konvergentný okulárový okulár a galilejský ďalekohľad má divergentný okulárový okulár. Obraz pri pohľade cez Keplerov teleskop je obrátený, zatiaľ čo obraz vytvorený galilejským ďalekohľadom je vzpriamený. Teleskop sám osebe nie je systémom tvoriacim obraz. Termálna kamera pripevnená k ďalekohľadu vytvára obraz skôr prostredníctvom vlastnej optiky.

Zväčšenie Keplerovho teleskopu je určené pomerom medzi ohniskovými vzdialenosťami šošoviek objektívu a okuláru:

Magnification_Keplerian = fo/fe

Galileovský ďalekohľad používa pozitívny objektív a negatívny okulár, takže jeho zväčšenie je dané:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

Veľkosť objektívu je tiež dôležitá, pretože čím väčší je jeho priemer, tým viac svetla môže zozbierať a tým lepšie dokáže vyriešiť blízke objekty.

Krok 2: Výber šošoviek vhodných pre termálne zobrazovanie

Termálne kamery merajú intenzitu infračerveného svetla okolo 10 µm. Dôvodom je, že objekty vyžarujú žiarenie čierneho telesa, ktoré dosahuje vrchol okolo tejto vlnovej dĺžky v súlade s Wienovým zákonom o výtlaku. Normálne sklo však neprepúšťa svetlo na týchto vlnových dĺžkach, takže šošovky používané v tepelnom zobrazovaní musia byť vyrobené z germánia alebo selenidu zinku, ktoré umožňujú prechod žiarenia v rozsahu 10 µm.

Germánium (Ge) šošovky sa najčastejšie používajú na aplikácie tepelného zobrazovania kvôli ich širokému rozsahu prenosu (2,0 - 16 µm) v spektrálnej oblasti, ktorá nás zaujíma. Šošovky Germanium sú pre viditeľné svetlo nepriehľadné a majú sklovito-šedý kovový vzhľad. Sú inertné voči vzduchu, vode, zásadám a väčšine kyselín. Germánium má index lomu 4,004 pri 10,6 µm a jeho prenosové vlastnosti sú veľmi citlivé na teplotu.

Selenid zinku (ZnSe) sa oveľa častejšie používa s CO2 lasermi. Má veľmi široký prenosový rozsah (600 nm - 16,0 µm). Vzhľadom na nízku absorpciu v červenej časti viditeľného spektra sa šošovky ZnSe bežne používajú v optických systémoch, ktoré kombinujú CO2 lasery (ktoré bežne pracujú pri 10,6 µm), s lacnými viditeľne červenými HeNe alebo polovodičovými zarovnávacími lasermi. Ich prenosový rozsah zahŕňa časť viditeľného spektra, čo im dodáva tmavo oranžový odtieň.

Nové infračervené šošovky je možné zakúpiť u spoločností Thorlabs, Edmund Optics a ďalších dodávateľov optických komponentov. Dokážete si asi predstaviť, že tieto šošovky nie sú lacné-plano-konvexné šošovky Ø1/2 Ge od Thorlabs stoja okolo 140 dolárov, zatiaľ čo šošovky ZnSe sa pohybujú okolo 160 dolárov. Objektívy Ø1” Ge sa predávajú za približne 240 dolárov, zatiaľ čo ZnSe za tento priemer stoja okolo 300 dolárov. Nadbytočné nálezy alebo ponuky z Ďalekého východu sú preto najlepšie na výrobu adaptérov na makro a teleobjektívy. Objektívy ZnSe z Číny je možné kúpiť na eBay® za približne 60 dolárov.

Krok 3: Návrh prevodníka teleobjektívu

Podarilo sa mi nájsť plano-konvexný objektív Ø1”Ge s ohniskovou vzdialenosťou 50 mm (podobný Thorlabs LA9659-E3) a plano-konvexný objektív Ø1/2“Ge s ohniskovou vzdialenosťou 15 mm (podobný Thorlabs LA9410-E3) na výrobu môjho Keplerovho teleobjektívu. Zväčšenie je teda:

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

Teleobjektívy s iným zväčšením sa dajú ľahko navrhnúť pomocou jednoduchých vzorcov uvedených vyššie. Upozorňujeme, že možno bude potrebné zmeniť dĺžku trubice hlavného objektívu, pretože vzdialenosť medzi šošovkami by mala byť blízka f0 + fe.

Krok 4: Zbierajte komponenty pre teleobjektív

Na stavbu teleobjektívu ako ja (na súčiastky Thorlabs) budete potrebovať nasledujúce komponenty:

LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-konvexná šošovka, f = 50 mm, potiahnutá AR: 7-12 µm 241,74 dolárov

LA9410-E3 Ø1/2 Ge Plano-konvexná šošovka, f = 15 mm, potiahnutá AR: 7-12 µm 139,74 dolárov

Nastaviteľná trubica objektívu SM1V05 Ø1 ", rozsah pohybu 0,31", 30,25 dolárov

Trubica objektívu SM1L15 SM1, hĺbka závitu 1,50 palca, vrátane jedného pridržiavacieho krúžku 15,70 dolárov

Adaptér SM1A1 s vonkajšími závitmi SM05 a vnútornými závitmi SM1 20,60 dolárov

Trubica objektívu SM05L03 SM05, hĺbka závitu 0,30 palca, jeden poistný krúžok v cene 13,80 dolárov

Prídržný krúžok SM1RR SM1 pre tubusy a držiaky na šošovky Ø1 4,50 dolárov

Spolu s novými germániovými šošovkami 466,33 dolárov

Bývanie iba 84,85 dolára

Teleobjektívny prevodník som umiestnil do optickej trubice vyrobenej z komponentov trubice SM1 a SM05 spoločnosti Thorlab. Objektív objektívu som umiestnil na prednú stranu trubice nastaviteľného objektívu SM1V05, aby bolo možné zaostrovanie tým, že je možné nastaviť vzdialenosť medzi šošovkami. Na zablokovanie zaostrenia slúži externý krúžok SM1. Pri použití úplne nových dielov od spoločnosti Thorlabs môžete očakávať, že miniete zhruba 466 dolárov. Ak použijete na bývanie šošovky ZnSe z eBay® a nové diely, pravdepodobne miniete okolo 200 dolárov.

Kryt pre teleskop nemusí byť taký efektný ako môj. PVC rúrky s určitým usporiadaním na zaostrovanie (napr. Objektív namontovaný na závitovom uzávere) budú fungovať perfektne. Mám však veľmi rád SM trubice Thorlabs, pretože sú relatívne lacné a dokonale sa hodia na konštrukciu tohto typu optických prístrojov. Navyše závitová strana okuláru SM05L03 dokonale prilieha k prídržnému krúžku šošovky Seek RevealPRO.

Krok 5: Konštrukcia Krok 1: Odstráňte krúžok z tuby SM1L15

Prstami alebo kľúčom (napr. Thorlabs SPW602, ktorý sa predáva za 26,75 dolára) vyberte poistný krúžok SM1, ktorý sa nachádza vo vnútri skúmavky SM1L15.

Krok 6: Konštrukcia Krok 2: Príprava komponentov na montáž objektívu

Pripravte si komponenty, ktoré budete potrebovať na montáž objektívu:

• Nastaviteľná trubica objektívu SM1V05
• Dva prídržné krúžky SM1 (jeden z nich pochádza z trubice šošovky SM1L15, ako je to znázornené v predchádzajúcom kroku)
• Plano-konvexná šošovka Ø1 "Ge, f = 50 mm, potiahnutá AR: 7-12 µm (alebo podobná)

Krok 7: Konštrukcia Krok 3: Vložte poistný krúžok SM1 do SM1V05 do hĺbky 6 mm

Pomocou kľúča alebo prstov vložte jeden poistný krúžok do nastaviteľnej trubice objektívu SM1V05 do hĺbky približne 6 mm. Možno sa to bude musieť zmeniť v závislosti od objektívu, ktorý ste si vybrali ako cieľ. Cieľom je nechať objektív dostatočne sedieť, aby bolo možné použiť poistný krúžok na druhej strane objektívu.

Krok 8: Konštrukcia Krok 4: Vložte objektív objektívu a vonkajší poistný krúžok

Vložte šošovku objektívu konvexnou stranou smerom von a potom zaistite na mieste pomocou druhého poistného krúžku. Dávajte pozor, aby ste príliš neutiahli, pretože to môže poškodiť šošovku! Ak namiesto kľúča použijete pinzetu alebo iný nástroj, dávajte pozor, aby ste objektív nepoškriabali.

Krok 9: Konštrukcia Krok 5: Príprava komponentov pre okulár

Pripravte si komponenty, ktoré použijete na zostavenie okuláru:

• Trubica objektívu SM05L03
• Prídržný krúžok SM5 (odstránený z trubice SM05L03)
• Plano-konvexný objektív Ø1/2 "Ge, f = 15 mm, potiahnutý AR: 7-12 µm (alebo podobný)

Krok 10: Konštrukcia Krok 6: Zostavte okulár

Zostavte okulár vložením šošovky okuláru do trubice SM05L03. Konvexná strana by mala smerovať k vonkajším závitom (dole na nasledujúcom obrázku). Zaistite objektív na mieste pomocou poistného krúžku SM05. Na vloženie a utiahnutie poistného krúžku SM05 prednostne použite kľúč SM05 (napr. Thorlabs SPW603, ktorý sa predáva za 24,50 dolára). Dávajte pozor, aby ste príliš neutiahli, pretože to môže poškodiť šošovku! Ak namiesto kľúča použijete pinzetu alebo iný nástroj, dávajte pozor, aby ste objektív nepoškriabali.

Krok 11: Konštrukcia Krok 7: Namontujte okulár na adaptér SM1-to-SM05

Naskrutkujte zostavu šošovky okuláru na adaptér SM1A1 SM1-to-SM05.

Krok 12: Konštrukcia Krok 8: Konečná montáž

Nakoniec naskrutkujte zostavu šošovky okuláru (namontovanú na adaptéri SM1A1) a zostavu objektívu na tubus šošovky SM1L15. Tým je dokončená montáž teleobjektívneho prevodníka Keplerian.

Krok 13: Použite teleobjektív

Umiestnite teleobjektív pred objektív termálnej kamery a začnite skúmať! Objektív by ste mali zaostrovať otáčaním zostavy objektívu, kým sa nedosiahne najostrejší obraz predmetu. Na uzamknutie nastavenia zaostrenia je možné použiť externý krúžok SM1, ktorý je súčasťou nastaviteľnej trubice objektívu SM1V05.

Môžete zvážiť trvalé pripevnenie zaisťovacieho krúžku SM05 Thorlabs SM05NT (6,58 dolára) SM05 (ID 0,535 "-40, 0,75" OD) k bajonetu objektívu fotoaparátu, aby ste mohli pred objektív fotoaparátu rýchlo namontovať prevodníky makro alebo teleobjektív bez toho, aby to ovplyvnilo jeho pôvodná funkčnosť.

Nakoniec nezabudnite, že Keplerov teleskop obracia obraz, takže na displeji fotoaparátu uvidíte termálny obraz hore nohami. Chce to len trochu praxe, aby ste si zvykli na to, že nasmerovanie fotoaparátu na nainštalovaný teleobjektív vyžaduje pohyby v opačnom smere obrazu.

Krok 14: Výkon

S výsledkami som veľmi spokojný. Obrázky znázorňujú niekoľko ukážkových fotografií používaného teleobjektívu. Ľavé panely zobrazujú obraz zachytený pevným objektívom Seek RevealPRO. Pravé sklá zobrazujú rovnakú scénu pomocou teleobjektívu s prevodníkom × 3,33. K obrázkom na ľavých paneloch som pridal oranžový obdĺžnik, aby som naznačil oblasť zväčšenú teleobjektívom. Rozmery obdĺžnika sú 1/3,33 rozmerov obrazového rámca, čo ukazuje, že zväčšenie dosiahnuté teleobjektívom je skutočne × 3,33.

Systémy šošoviek používané v Seek RevealPRO a teleobjektíve sú samozrejme veľmi jednoduché, takže je možné očakávať skreslenie a vinetáciu. Ako je znázornené na fotografiách mojich susedov zo zadného dvora a časti oblohy, vinetácia je najzreteľnejšia pri použití teleobjektívneho prevodníka na objekty vo veľkej vzdialenosti. Napriek tomu sú detaily, ktoré nemožno vidieť na fotoaparáte bez fotoaparátu, pomocou teleobjektívu veľmi zrejmé.

Krok 15: Zdroje

Nasledujú zdroje materiálov uvedených v tomto návode:

• Hľadaj - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• Priemyselná optika Edmund - www.edmundoptics.com

Poznámka: Nie som žiadnym spôsobom spojený s týmito spoločnosťami.

Ďalšie čítanie a experimenty

Ak chcete získať ďalšie zaujímavé experimenty z fyziky a fotografie neviditeľného sveta, pozrite sa do mojich kníh (moje knihy na Amazon.com nájdete tu) a navštívte moje webové stránky: www.diyPhysics.com a www. UVIRimaging.com.