Diy Termal Kamera Telefoto Dönüştürücü: 15 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Geçenlerde, inanılmaz uygun bir fiyata >15 Hz kare hızına sahip 320 x 240 termal sensöre sahip bir Seek RevealPro Termal Kamera satın aldım.

Bu kamerayla ilgili tek sorunum sabit 32° görüş alanı lensiyle gelmesi. Bu, genel termal inceleme için uygundur, ancak baskılı devre kartlarındaki yayılımı değerlendirmek veya hatalı veya küçük boyutlu bir bileşeni belirlemek için kamerayı yakın çekimde kullanmaya çalışırken gerçek bir dezavantajdır. Mesafe aralığının karşı tarafında, 32° FOV lens, uzaktaki nesnelerin veya normal mesafelerdeki daha küçük nesnelerin sıcaklığını görmeyi ve ölçmeyi zorlaştırır.

diy "makro" büyütme adaptörleri açıklanmıştır, ancak bu kameralardan biri için telefoto dönüştürücünün nasıl kurulacağını henüz kimsenin gösterdiğini bilmiyorum.

Adım 1: Basit Teleskoplar

Bir termal kamera ile uzaktaki bir nesneyi görüntülemek, 10 µm aralığında çalışan lenslerden yapılmış basit bir teleskop gerektirir. Bir objektif ve bir göz merceği olmak üzere iki optik elemana sahip temel bir kırılma teleskopu. Amaç, uzaktaki bir nesneden gelen ışığı toplayan ve odak düzleminde o nesnenin görüntüsünü oluşturan büyük bir mercektir. Mercek, termal kameranın sanal görüntüyü görebildiği yalnızca bir büyüteçtir.

Şekilde gösterildiği gibi, bir kırılma teleskobu için iki temel konfigürasyon vardır: Bir Kepler teleskobunun yakınsak bir mercek merceği vardır ve bir Galilean teleskopunun bir ıraksayan mercek merceği vardır. Kepler teleskobuyla görüntülenen görüntü ters çevrilirken, Galilean teleskobu tarafından üretilen görüntü diktir. Teleskop kendi başına bir görüntü oluşturma sistemi değildir. Bunun yerine, teleskoba bağlı termal kamera, görüntüyü kendi optikleri aracılığıyla oluşturur.

Kepler teleskobunun büyütmesi, objektifin odak uzunlukları ile göz merceği lensleri arasındaki oran ile belirlenir:

Magnification_Keplerian = fo/fe

Galilean teleskopu pozitif bir objektif ve negatif bir mercek kullanır, bu nedenle büyütmesi şu şekilde verilir:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

Objektifin boyutu da önemlidir çünkü çapı ne kadar büyük olursa, o kadar fazla ışık toplayabilir ve yakın nesneleri o kadar iyi çözebilir.

Adım 2: Termal Görüntüleme için Uygun Lensleri Seçme

Termal kameralar, kızılötesi ışığın yoğunluğunu yaklaşık 10 µm'de ölçer. Bunun nedeni, nesnelerin Wien'in yer değiştirme yasasına göre bu dalga boyunda zirve yapan kara cisim radyasyonu yaymasıdır. Bununla birlikte, normal cam bu dalga boylarında ışığı iletmez, bu nedenle termal görüntülemede kullanılan lensler, 10 µm aralığında radyasyonun geçmesine izin veren Germanyum veya Çinko Selenitten yapılmalıdır.

Germanyum (Ge) lensler, ilgilenilen spektral bölgedeki geniş iletim aralıkları (2.0 - 16 µm) nedeniyle termal görüntüleme uygulamaları için en yaygın şekilde kullanılır. Germanyum lensler görünür ışığa karşı opaktır ve camsı gri metalik bir görünüme sahiptir. Havaya, suya, alkalilere ve çoğu asitlere karşı inerttirler. Germanyum, 10.6 µm'de 4.004 kırılma indeksine sahiptir ve iletim özellikleri sıcaklığa oldukça duyarlıdır.

Çinko Selenid (ZnSe), CO2 lazerlerle çok daha yaygın olarak kullanılır. Çok geniş bir iletim aralığına sahiptir (600 nm - 16.0 µm). Görünür spektrumun kırmızı kısmındaki düşük absorpsiyon nedeniyle, ZnSe lensleri, CO2 lazerleri (genellikle 10.6 µm'de çalışır) ile ucuz görünür kırmızı HeNe veya yarı iletken hizalama lazerlerini birleştiren optik sistemlerde yaygın olarak kullanılır. İletim aralığı, görünür spektrumun bir kısmını içerir ve onlara koyu turuncu bir renk verir.

Thorlabs, Edmund Optics ve diğer optik bileşen tedarikçilerinden yeni kızılötesi lensler satın alınabilir. Tahmin edebileceğiniz gibi, bu lensler ucuz değil – Thorlabs'ın Ø1/2 Ge plano-dışbükey lenslerinin fiyatı yaklaşık 140$, ZnSe lenslerin fiyatı ise 160$ civarında. Ø1” Ge lenslerin fiyatı 240$ civarındayken, ZnSe bu çapta fiyatlandırılıyor. 300$ civarında. Fazla buluntular veya Uzak Doğu teklifleri bu nedenle makro ve telefoto adaptörleri yapmak için en iyisidir. Çin'den ZnSe lensleri eBay®'den yaklaşık 60$'a satın alınabilir.

3. Adım: Telefoto Dönüştürücü Tasarımı

50 mm odak uzaklığına sahip bir Ø1” Ge plano-dışbükey lens (Thorlabs LA9659-E3'e benzer) ve odak uzaklığı 15 mm olan bir Ø1/2 Ge plano-dışbükey lens (aynı Keplerian telefoto dönüştürücümü yapmak için bir Thorlabs LA9410-E3) Büyütme şu şekilde:

Büyütme = fo/fe = 50mm/15mm = 3.33

Diğer büyütmelerin telefoto adaptörlerinin tasarımı, yukarıda gösterilen basit formülleri kullanarak kolaydır. Lensler arasındaki mesafe f0 + fe'ye yakın olması gerektiğinden, ana lens tüpünün uzunluğunun değiştirilmesi gerekebileceğini lütfen unutmayın.

Adım 4: Telefoto Dönüştürücü için Bileşenleri Toplayın

Benimki gibi bir telefoto dönüştürücü oluşturmak için aşağıdaki bileşenlere ihtiyacınız olacak (tümü Thorlabs parçalarıdır):

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

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

SM1V05 Ø1" Ayarlanabilir Lens Tüpü, 0,31" Hareket Aralığı 30,25 $

SM1L15 SM1 Lens Tüpü, 1,50 Diş Derinliği, Bir Tutma Halkası Dahil 15,70 ABD doları

Harici SM05 Dişli ve Dahili SM1 Dişli SM1A1 Adaptörü $20.60

SM05L03 SM05 Lens Tüpü, 0.30 Diş Derinliği, Bir Tutma Halkası Dahil $13.80

SM1RR SM1 Ø1 Lens Tüpleri ve Bağlantı Parçaları için Tutma Halkası $4,50

Yeni germanyum lenslerle birlikte toplam $466,33

Sadece konut$84.85

Telefoto dönüştürücümü Thorlab'ın SM1 ve SM05 tüp bileşenleriyle yapılmış bir optik tüpe yerleştirdim. Objektif lensi, lensler arasındaki mesafeyi ayarlamayı mümkün kılarak odaklamayı sağlamak için SM1V05 ayarlanabilir lens tüpünün önüne yerleştirdim. Odağı kilitlemek için harici bir SM1 halkası kullanılır. Thorlabs'ın yepyeni parçalarını kullanarak yaklaşık 466 dolar harcamayı bekleyebilirsiniz. eBay®'den ZnSe lensler ve muhafaza için yeni parçalar kullanırsanız, muhtemelen yaklaşık 200 $ harcarsınız.

Teleskop muhafazasının benimki kadar süslü olmasına gerek yok. Odaklama için bazı düzenlemelere sahip PVC borular (örneğin, dişli kapağa monte edilmiş lens) mükemmel bir şekilde çalışacaktır. Bununla birlikte, nispeten ucuz oldukları ve bu tip optik aletlerin yapımı için mükemmel şekilde uygun oldukları için Thorlabs'ın SM Tüplerini gerçekten seviyorum. Ek olarak, göz merceğinin SM05L03 dişli tarafı, Seek RevealPRO'nun lensinin tutma halkasına mükemmel şekilde oturur.

Adım 5: Yapım Adım 1: Halkayı SM1L15 Tüpünden Çıkarın

Parmaklarınızı veya bir İngiliz anahtarı kullanarak (örn.

Adım 6: Yapım Adım 2: Objektif Merceğinin Montajı için Bileşenleri Hazırlayın

Objektif lensin montajı için ihtiyaç duyacağınız bileşenleri hazırlayın:

• SM1V05 ayarlanabilir lens tüpü
• İki SM1 tespit halkası (biri önceki adımda gösterildiği gibi SM1L15 lens tüpünden gelir)
• Ø1" Ge Plano-Dışbükey Lens, f = 50 mm, AR Kaplamalı: 7-12 µm (veya benzeri)

Adım 7: Yapım Adım 3: SM1 Tespit Halkasını SM1V05'e 6 mm Derinliğe Yerleştirin

Bir İngiliz anahtarı veya parmaklarınızı kullanarak, bir tutma halkasını SM1V05 ayarlanabilir lens tüpüne yaklaşık 6 mm derinliğe kadar sokun. Bunun, hedefiniz olarak seçtiğiniz lense bağlı olarak değişmesi gerekebilir. Buradaki fikir, merceğin diğer tarafında bir tutma halkasının kullanılmasını mümkün kılmak için merceğin yeterince geride oturmasına izin vermektir.

Adım 8: Yapım Adım 4: Objektif Merceği ve Dış Tespit Halkasını Yerleştirin

Objektif merceği dışbükey tarafı dışa bakacak şekilde yerleştirin ve ardından ikinci tespit halkasını kullanarak yerine sabitleyin. Lense zarar verebileceğinden aşırı sıkmamaya dikkat edin! Anahtar yerine cımbız veya başka bir alet kullanırsanız, merceği çizmemeye dikkat edin.

Adım 9: Yapım Adım 5: Oküler için Bileşenleri Hazırlayın

Merceği monte etmek için kullanacağınız bileşenleri hazırlayın:

• SM05L03 lens tüpü
• SM5 tutma halkası (SM05L03 tüpünden çıkarılmış)
• Ø1/2" Ge Plano-Dışbükey Lens, f = 15 mm, AR Kaplamalı: 7-12 µm (veya benzeri)

Adım 10: Yapım Adım 6: Merceği Birleştirin

Mercek merceğini SM05L03 tüpüne yerleştirerek merceği birleştirin. Dışbükey taraf dış dişlere bakmalıdır (aşağıdaki resimde). Lensi SM05 tutma halkasıyla yerine sabitleyin. Tercihen, SM05 tespit halkasını takmak ve sıkmak için bir SM05 İngiliz anahtarı (ör. 24.50 dolara satılan Thorlabs SPW603) kullanın. Lense zarar verebileceğinden aşırı sıkmamaya dikkat edin! Anahtar yerine cımbız veya başka bir alet kullanırsanız, merceği çizmemeye dikkat edin.

Adım 11: Yapım Adım 7: Merceği SM1'den SM05'e Adaptöre Monte Edin

Mercek lens tertibatını bir SM1A1 SM1'den SM05'e adaptöre vidalayın.

Adım 12: İnşaat Adım 8: Son Montaj

Son olarak, mercek mercek tertibatını (SM1A1 adaptörüne monte edilmiştir) ve objektif mercek tertibatını SM1L15 mercek tüpüne vidalayın. Bu, Keplerian telefoto dönüştürücünün montajını tamamlar.

Adım 13: Telefoto Dönüştürücüyü Kullanın

Telefoto dönüştürücüyü termal kameranın merceğinin önüne yerleştirin ve keşfetmeye başlayın! Objektifin en keskin görüntüsü elde edilene kadar objektif lens tertibatını çevirerek merceği odaklamalısınız. SM1V05 ayarlanabilir lens tüpüyle birlikte gelen harici SM1 halkası, odak ayarını kilitlemek için kullanılabilir.

Bir Thorlabs SM05NT (6,58 ABD doları) SM05 Kilitleme Halkasını (ID 0,535"-40, 0,75" OD) kameranızın lens yuvasına kalıcı olarak takmayı düşünebilirsiniz, böylece makro veya telefoto dönüştürücüleri kamera lensinin önüne hızlı bir şekilde monte edebilirsiniz. orijinal işlevselliği.

Son olarak, bir Kepler teleskobunun görüntüyü tersine çevirdiğini unutmayın, böylece termal resmi kameranızın ekranında baş aşağı göreceksiniz. Telefoto dönüştürücü takılıyken kamerayı doğrultmanın görüntünün ters yönünde hareketler gerektirdiği gerçeğine alışmak biraz pratik gerektiriyor.

Adım 14: Performans

Sonuçlardan çok memnunum. Şekiller, kullanılan telefoto dönüştürücünün bazı örnek görüntülerini göstermektedir. Sol bölmeler, Seek RevealPRO'nun sabit lensi aracılığıyla yakalanan görüntüyü gösterir. Sağdaki bölmeler, ×3.33 telefoto dönüştürücü kullanılarak aynı sahneyi gösterir. Telefoto dönüştürücü tarafından büyütülen bölgeyi belirtmek için sol bölmelerdeki resimlere turuncu bir dikdörtgen ekledim. Dikdörtgenin boyutları görüntü çerçevesinin 1/3,33'üdür ve telefoto dönüştürücü tarafından elde edilen büyütmenin gerçekten ×3.33 olduğunu gösterir.

Elbette, Seek RevealPRO'da kullanılan lens sistemleri ve telefoto dönüştürücü son derece basittir, bu nedenle bozulmalar ve vinyet oluşması beklenebilir. Arka bahçedeki komşularımın ve gökyüzünün bir bölümünün fotoğraflarında gösterildiği gibi, vinyet etkisi en çok telefoto dönüştürücüyü uzak mesafeden görüntü nesnelerine kullanırken belirgindir. Bununla birlikte, çıplak kamera ile görülemeyen detaylar telefoto dönüştürücü kullanılarak çok belirgindir.

Adım 15: Kaynaklar

Aşağıdakiler, bu Talimatta belirtilen materyallerin kaynaklarıdır:

• Ara - www.thermal.com
• Thorlabs – www.thorlabs.com
• Edmund Endüstriyel Optik - www.edmundoptics.com

Not: Bu şirketlerle hiçbir şekilde bağlantım yoktur.

İleri Okuma ve Deneyler

Görünmeyen dünyanın fiziği ve fotoğrafçılığı üzerine daha ilginç deneyler için lütfen kitaplarıma bakın (Amazon.com'daki kitaplarım için buraya tıklayın) ve web sitelerime gidin: www.diyPhysics.com ve www. UVIRimaging.com.