Diy termisk kamera teleomformer: 15 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Jeg har for nylig købt et Seek RevealPro termisk kamera, som kan prale af en 320 x 240 termisk sensor med> 15 Hz billedhastighed til en utrolig overkommelig pris.

Et af de eneste problemer, jeg har med dette kamera, er, at det leveres med et fast 32 ° -feltobjektiv. Dette er OK til generel termisk inspektion, men det er en reel ulempe, når man forsøger at bruge kameraet til nærarbejde til at vurdere spredning på printkort eller identificere en defekt eller underdimensioneret komponent. På den modsatte side af afstandsområdet gør 32 ° FOV -objektivet det svært at se og måle temperaturen på objekter i en afstand eller af mindre objekter på normale afstande.

diy "makro" forstørrelsesadaptere er blevet beskrevet, men jeg er ikke klar over, at nogen endnu har vist, hvordan man bygger en teleomformer til et af disse kameraer.

Trin 1: Enkle teleskoper

Billeddannelse af et objekt på afstand med et termisk kamera kræver et simpelt teleskop lavet med linser, der arbejder i 10 µm -området. Et grundlæggende brydningsteleskop, der har to optiske elementer, et objektiv og et okular. Målet er en stor linse, der samler lys fra et fjernt objekt og skaber et billede af objektet i brændplanet. Okularet er blot et forstørrelsesglas, hvorigennem termokameraet kan se det virtuelle billede.

Som vist på figuren er der to grundkonfigurationer for et brydningsteleskop: Et Keplerian -teleskop har et konvergerende linse okular og et galileansk teleskop har et divergerende linse okular. Billedet set gennem det keplerianske teleskop er omvendt, mens det, der frembringes af et galileansk teleskop, er opretstående. Teleskopet i sig selv er ikke et billeddannende system. Snarere danner det termiske kamera, der er knyttet til teleskopet, i sidste ende billedet gennem sin egen optik.

Forstørrelsen af et kepleriansk teleskop bestemmes af forholdet mellem objektivets og okularlinsers brændvidder:

Magnification_Keplerian = fo/fe

Det galileiske teleskop bruger et positivt objektiv og et negativt okular, så dets forstørrelse er givet ved:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

Målets størrelse er også vigtig, fordi jo større dens diameter er, jo mere lys kan den samle, og jo bedre kan den løse tætte objekter.

Trin 2: Valg af objektiver egnet til termisk billeddannelse

Termiske kameraer måler intensiteten af infrarødt lys på omkring 10 µm. Dette skyldes, at genstande udsender blackbody -stråling, der topper omkring denne bølgelængde i overensstemmelse med Wiens forskydningslov. Normalt glas transmitterer imidlertid ikke lys ved disse bølgelængder, så de linser, der bruges til termisk billeddannelse, skal være fremstillet af enten Germanium eller Zinkselenid, som tillader stråling i 10 µm -området at passere igennem.

Germanium (Ge) -linser bruges mest til termiske billedapplikationer på grund af deres brede transmissionsområde (2,0 - 16 µm) i det spektrale område af interesse. Germanium-objektiver er uigennemsigtige for synligt lys og har et glasgråt metallisk look. De er inaktive over for luft, vand, alkalier og de fleste syrer. Germanium har et brydningsindeks på 4,004 ved 10,6 µm, og dets transmissionsegenskaber er meget temperaturfølsomme.

Zinkselenid (ZnSe) bruges meget mere almindeligt med CO2 -lasere. Den har et meget bredt transmissionsområde (600 nm - 16,0 µm). På grund af lav absorption i den røde del af det synlige spektrum bruges ZnSe-linser sædvanligvis i optiske systemer, der kombinerer CO2-lasere (som normalt fungerer ved 10,6 µm), med billige synlige-røde HeNe- eller halvlederjusteringslasere. Deres transmissionsområde omfatter en del af det synlige spektrum, hvilket giver dem en dyb orange farvetone.

Nye infrarøde linser kan købes hos Thorlabs, Edmund Optics og andre optiske komponentleverandører. Som du kan forestille dig, er disse linser ikke billige-Ø1/2 "Ge plano-konvekse linser fra Thorlabs er prissat til omkring $ 140, mens ZnSe-linser er omkring $ 160. Ø1" Ge-linser sælger for omkring $ 240, mens ZnSe til denne diameter koster omkring $ 300. Overskudsfund eller fjerntilbud er således bedst til at lave makro- og tele-adapterne. ZnSe-objektiver fra Kina kan købes på eBay® for omkring $ 60.

Trin 3: Design af telefotoomformer

Jeg kunne finde en Ø1”Ge plano-konveks linse med en brændvidde på 50 mm (svarende til en Thorlabs LA9659-E3) og en Ø1/2” Ge plano-konveks linse med en brændvidde på 15 mm (svarende til en Thorlabs LA9410-E3) for at lave min Keplerian teleomformer. Forstørrelsen er således:

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

Teleadaptere med andre forstørrelser er lette at designe ved hjælp af de enkle formler vist ovenfor. Bemærk, at hovedlinserørets længde muligvis skal ændres, da afstanden mellem linserne skal være tæt på f0 + fe.

Trin 4: Saml komponenter til telefotoomformeren

Du skal bruge følgende komponenter til at konstruere en teleomformer som min (alle er Thorlabs -dele):

LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-konveks linse, f = 50 mm, AR-belagt: 7-12 µm $ 241,74

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

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

SM1L15 SM1 objektivrør, 1,50 gevinddybde, en fastholdelsesring inkluderet $ 15,70

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

SM05L03 SM05 objektivrør, 0,30 gevinddybde, en fastholdelsesring inkluderet $ 13,80

SM1RR SM1 fastholdelsesring til Ø1 objektivrør og fatninger $ 4,50

I alt med nye germaniumlinser $ 466,33

Boliger kun $ 84,85

Jeg husede min teleomformer i et optisk rør lavet med Thorlabs SM1- og SM05 -rørkomponenter. Jeg placerede objektivet foran på et SM1V05 justerbart objektivrør for at tillade fokusering ved at gøre det muligt at justere afstanden mellem linserne. En ekstern SM1 -ring bruges til at låse fokus. Ved at bruge helt nye dele fra Thorlabs kan du forvente at bruge omkring $ 466. Hvis du bruger ZnSe -objektiver fra eBay® og nye dele til huset, vil du sandsynligvis bruge omkring $ 200.

Kabinettet til teleskopet behøver ikke at være lige så fancy som mit. PVC -rør med et eller andet arrangement til fokusering (f.eks. Objektiv monteret på gevindhætte) fungerer perfekt OK. Jeg kan dog rigtig godt lide Thorlabs’SM Tubes, fordi de er relativt billige og perfekt egnet til konstruktion af denne type optiske instrumenter. Derudover sidder den gevindskårne side af okularets SM05L03 perfekt mod holderingen på Seek RevealPRO -objektivet.

Trin 5: Konstruktion Trin 1: Fjern ringen fra SM1L15 -røret

Brug dine fingre eller en skruenøgle (f.eks. Thorlabs SPW602, der sælger for 26,75 $), til at fjerne SM1 -holderen, der kommer inde i SM1L15 -røret.

Trin 6: Konstruktion Trin 2: Forbered komponenter til montering af objektiverne

Forbered de komponenter, du skal bruge til montering af objektivet:

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

Trin 7: Konstruktion Trin 3: Indsæt SM1 -holderingen i SM1V05 til en dybde på 6 mm

Brug en skruenøgle eller dine fingre til at indsætte en holderring i det justerbare objektivrør SM1V05 til en dybde på cirka 6 mm. Dette skal muligvis ændres afhængigt af den linse, du valgte som dit mål. Ideen er at lade linsen sidde tilstrækkeligt bagved, så det er muligt at bruge en holderring på den anden side af linsen.

Trin 8: Konstruktion Trin 4: Indsæt objektivobjektiv og ydre holderring

Indsæt objektivet med den konvekse side vendt udad, og fastgør det derefter med den anden holderring. Pas på ikke at stramme for meget, da dette kan beskadige linsen! Hvis du bruger en pincet eller et andet værktøj i stedet for en skruenøgle, skal du passe på ikke at ridse linsen.

Trin 9: Konstruktion Trin 5: Forbered komponenter til okular

Forbered de komponenter, du vil bruge til at samle okularet:

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

Trin 10: Konstruktion Trin 6: Saml okular

Monter okularet ved at indsætte okularlinsen i SM05L03 -røret. Den konvekse side skal vende mod de udvendige tråde (nedad i det følgende billede). Fastgør objektivet på plads med SM05 -holderingen. Brug helst en SM05 -skruenøgle (f.eks. Thorlabs SPW603, der sælger for $ 24,50) til at indsætte og stramme SM05 -holderen. Pas på ikke at stramme for meget, da dette kan beskadige linsen! Hvis du bruger en pincet eller et andet værktøj i stedet for en skruenøgle, skal du passe på ikke at ridse linsen.

Trin 11: Konstruktion Trin 7: Monter okularet til SM1-til-SM05-adapteren

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

Trin 12: Konstruktion Trin 8: Endelig samling

Til sidst skrues okularlinsen (monteret på SM1A1 -adapteren) og objektivlinsen på SM1L15 -objektivrøret. Dette fuldender samlingen af den kepleriske telefotoomformer.

Trin 13: Brug teleomformeren

Placer teleomformeren foran termokameraets objektiv og begynd at udforske! Du bør fokusere objektivet ved at dreje objektivlinsen, indtil det skarpeste billede af motivet er opnået. Den eksterne SM1 -ring, der følger med det justerbare objektivrør SM1V05, kan bruges til at låse fokusindstillingen.

Du vil måske overveje at fastgøre en Thorlabs SM05NT ($ 6,58) SM05-låsering (ID 0,535 "-40, 0,75" OD) permanent til dit kameras objektivbeslag, så du hurtigt kan montere makro- eller teleomformere foran kameraets linse uden at påvirke dens oprindelige funktionalitet.

Husk endelig, at et kepleriansk teleskop vender billedet, så du vil se det termiske billede på hovedet på dit kameras skærm. Det kræver bare en lille smule øvelse at vænne sig til, at pegning af kameraet med teleomformeren installeret kræver bevægelser i den modsatte retning af billedet.

Trin 14: Ydeevne

Jeg er meget tilfreds med resultaterne. Figurerne viser nogle prøvebilleder af teleomformeren i brug. De venstre ruder viser billedet taget gennem Seek RevealPROs faste objektiv. De højre ruder viser den samme scene ved hjælp af telefotoomformeren × 3,33. Jeg tilføjede et orange rektangel til billederne på de venstre ruder for at angive det område, der blev forstørret af teleomformeren. Rektanglets dimensioner er 1/3,33 de i billedrammen, hvilket viser, at forstørrelsen, der opnås med teleomformeren, faktisk er × 3,33.

Selvfølgelig er linsesystemerne, der bruges i Seek RevealPRO og teleomformeren, ekstremt enkle, så forvrængninger og vignettering må forventes. Som vist på billederne af mine naboer i baghaven og af en del af himlen, er vignettering tydeligst, når man bruger teleomformeren til billedobjekter i stor afstand. Ikke desto mindre er detaljer, der ikke kan ses med kameraet uden hjælp, meget tydelige ved hjælp af teleomformeren.

Trin 15: Kilder

Følgende er kilder til de materialer, der er nævnt i denne instruktionsbog:

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

Bemærk: Jeg er på ingen måde tilknyttet disse virksomheder.

Yderligere læsning og eksperimenter

For flere interessante eksperimenter om fysik og fotografering af den usynlige verden, kan du kigge i mine bøger (klik her for mine bøger på Amazon.com) og gå til mine websteder: www.diyPhysics.com og www. UVIRimaging.com.