Diy thermische camera teleconverter - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Ik heb onlangs een Seek RevealPro Thermal Camera gekocht, die beschikt over een thermische sensor van 320 x 240 met een framesnelheid van> 15 Hz voor een ongelooflijk betaalbare prijs.

Een van de enige problemen die ik met deze camera heb, is dat deze wordt geleverd met een vaste 32 ° gezichtsveldlens. Dit is OK voor algemene thermische inspectie, maar het is een echt nadeel wanneer u de camera probeert te gebruiken voor close-upwerk om dissipatie op printplaten te beoordelen of een defect of ondermaats onderdeel te identificeren. Aan de andere kant van het afstandsbereik maakt de 32° FOV-lens het moeilijk om de temperatuur van objecten op afstand of van kleinere objecten op normale afstanden te zien en te meten.

DIY "macro" vergrotingsadapters zijn beschreven, maar ik weet niet dat iemand nog heeft laten zien hoe je een teleconverter voor een van deze camera's kunt bouwen.

Stap 1: Eenvoudige telescopen

Om een object op afstand in beeld te brengen met een thermische camera is een eenvoudige telescoop nodig die is gemaakt met lenzen die werken in het bereik van 10 µm. Een basis brekende telescoop met twee optische elementen, een objectief en een oculair. Het objectief is een grote lens die licht van een ver object verzamelt en een beeld van dat object in het brandvlak creëert. Het oculair is slechts een vergrootglas waardoor de thermische camera het virtuele beeld kan bekijken.

Zoals in de afbeelding te zien is, zijn er twee basisconfiguraties voor een refractieve telescoop: een Kepler-telescoop heeft een oculair met een convergerende lens en een Galilese telescoop heeft een oculair met een divergerende lens. Het beeld zoals bekeken door de Kepler-telescoop is omgekeerd, terwijl dat van een Galileïsche telescoop rechtop staat. De telescoop is op zichzelf geen beeldvormend systeem. Integendeel, de thermische camera die aan de telescoop is bevestigd, vormt uiteindelijk het beeld door zijn eigen optica.

De vergroting van een Kepler-telescoop wordt bepaald door de verhouding tussen de brandpuntsafstanden van het objectief en de oculairlenzen:

Magnification_Keplerian = fo/fe

De Galileïsche telescoop gebruikt een positief objectief en een negatief oculair, dus de vergroting wordt gegeven door:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

De grootte van het objectief is ook belangrijk, want hoe groter de diameter, hoe meer licht het kan opvangen en hoe beter het objecten dichtbij kan oplossen.

Stap 2: Lenzen selecteren die geschikt zijn voor thermische beeldvorming

Thermische camera's meten de intensiteit van infrarood licht op ongeveer 10 µm. Dit komt omdat objecten zwartlichaamstraling uitzenden met een piek rond die golflengte in overeenstemming met de verplaatsingswet van Wien. Normaal glas laat echter geen licht door bij die golflengten, dus de lenzen die worden gebruikt bij thermische beeldvorming moeten zijn gemaakt van germanium of zinkselenide die straling in het bereik van 10 µm doorlaten.

Germanium (Ge) lenzen worden het meest gebruikt voor warmtebeeldtoepassingen vanwege hun brede transmissiebereik (2,0 - 16 µm) in het spectrale gebied van belang. Germanium-lenzen zijn ondoorzichtig voor zichtbaar licht en hebben een glazig-grijze metallic look. Ze zijn inert voor lucht, water, alkaliën en de meeste zuren. Germanium heeft een brekingsindex van 4,004 bij 10,6 µm en zijn transmissie-eigenschappen zijn zeer temperatuurgevoelig.

Zinkselenide (ZnSe) wordt veel vaker gebruikt bij CO2-lasers. Het heeft een zeer breed transmissiebereik (600 nm - 16,0 µm). Vanwege de lage absorptie in het rode gedeelte van het zichtbare spectrum, worden ZnSe-lenzen vaak gebruikt in optische systemen die CO2-lasers combineren (die gewoonlijk werken bij 10,6 m), met goedkope zichtbaar-rode HeNe- of halfgeleideruitlijningslasers. Hun transmissiebereik omvat een deel van het zichtbare spectrum, waardoor ze een diep oranje tint krijgen.

Nieuwe infraroodlenzen kunnen worden gekocht bij Thorlabs, Edmund Optics en andere leveranciers van optische componenten. Zoals je je kunt voorstellen, zijn deze lenzen niet goedkoop - Ø1/2" Ge plano-convexe lenzen van Thorlabs kosten ongeveer $ 140, terwijl ZnSe-lenzen ongeveer $ 160 zijn. Ge-lenzen van Ø1" verkopen voor ongeveer $ 240, terwijl ZnSe bij deze diameter kost rond de $ 300. Overtollige vondsten of aanbiedingen uit het Verre Oosten zijn dus het beste om de macro- en telefoto-adapters te maken. ZnSe-lenzen uit China kunnen op eBay® worden gekocht voor ongeveer $ 60.

Stap 3: Ontwerp van teleconverter

Ik heb een Ø1” Ge plano-convexe lens kunnen vinden met een brandpuntsafstand van 50 mm (vergelijkbaar met een Thorlabs LA9659-E3) en een Ø1/2” Ge plano-convexe lens met een brandpuntsafstand van 15 mm (vergelijkbaar met een Thorlabs LA9410-E3) om mijn Kepler-teleconverter te maken. De vergroting is dus:

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

Telefoto-adapters met andere vergrotingen zijn eenvoudig te ontwerpen met behulp van de eenvoudige formules die hierboven worden weergegeven. Houd er rekening mee dat de lengte van de hoofdlensbuis mogelijk moet worden gewijzigd, aangezien de afstand tussen de lenzen dicht bij f0 + fe moet zijn.

Stap 4: Verzamel componenten voor de telelensconverter

Je hebt de volgende componenten nodig om een teleconverter zoals de mijne te bouwen (allemaal Thorlabs-onderdelen):

LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-Convexe lens, f = 50 mm, AR-coating: 7-12 µm $241,74

LA9410-E3 Ø1/2 Ge plano-convexe lens, f = 15 mm, AR-coating: 7-12 µm $139,74

SM1V05 Ø1" verstelbare lensbuis, 0,31" reisbereik $30,25

SM1L15 SM1 lensbuis, 1,50 schroefdraaddiepte, één borgring inbegrepen $ 15,70

SM1A1-adapter met externe SM05-schroefdraad en interne SM1-schroefdraad $ 20,60

SM05L03 SM05 lensbuis, 0,30 schroefdraaddiepte, één borgring inbegrepen $ 13,80

SM1RR SM1 borgring voor Ø1 lensbuizen en bevestigingen $ 4,50

Totaal met nieuwe germaniumlenzen $ 466,33

Alleen huisvesting $ 84,85

Ik heb mijn teleconverter ondergebracht in een optische buis gemaakt met Thorlab's SM1- en SM05-buiscomponenten. Ik plaatste de objectieflens aan de voorkant van een SM1V05 verstelbare lensbuis om scherpstelling mogelijk te maken door de afstand tussen de lenzen aan te passen. Een externe SM1-ring wordt gebruikt om de focus te vergrendelen. Als u gloednieuwe onderdelen van Thorlabs gebruikt, kunt u ongeveer $ 466 uitgeven. Als je ZnSe-lenzen van eBay® en nieuwe onderdelen voor de behuizing gebruikt, ben je waarschijnlijk ongeveer $ 200 kwijt.

De behuizing voor de telescoop hoeft niet zo luxe te zijn als de mijne. PVC-buizen met een opstelling om scherp te stellen (bijv. lens gemonteerd op een dop met schroefdraad) zullen perfect werken. Ik hou echter erg van de SM-buizen van Thorlabs omdat ze relatief goedkoop zijn en perfect geschikt zijn voor de constructie van dit soort optische instrumenten. Bovendien zit de schroefdraadzijde van de SM05L03 van het oculair perfect tegen de borgring van de Seek RevealPRO-lens.

Stap 5: Constructie Stap 1: Verwijder de ring van de SM1L15-buis

Gebruik uw vingers of een steeksleutel (bijv. Thorlabs SPW602 die wordt verkocht voor $ 26,75) om de SM1-borgring te verwijderen die in de SM1L15-buis zit.

Stap 6: Constructie Stap 2: Bereid componenten voor op de montage van de objectieflens

Bereid de componenten voor die u nodig hebt voor de montage van de objectieflens:

• SM1V05 verstelbare lensbuis
• Twee SM1-borgringen (een daarvan komt van de SM1L15-lensbuis zoals getoond in de vorige stap)
• Ø1" Ge Plano-Convex Lens, f = 50 mm, AR-Coated: 7-12 µm (of vergelijkbaar)

Stap 7: Constructie Stap 3: Steek de SM1 borgring in de SM1V05 tot een diepte van 6 mm

Steek met een steeksleutel of uw vingers een borgring in de SM1V05 verstelbare lensbuis tot een diepte van ongeveer 6 mm. Dit moet mogelijk veranderen, afhankelijk van de lens die u als objectief hebt gekozen. Het idee is om de lens voldoende achter te laten zitten om het gebruik van een borgring aan de andere kant van de lens mogelijk te maken.

Stap 8: Constructie Stap 4: Objectieflens en buitenste borgring plaatsen

Plaats de objectieflens met de bolle kant naar buiten gericht en fixeer vervolgens op zijn plaats met behulp van de tweede borgring. Pas op dat u de lens niet te strak aandraait, dit kan de lens beschadigen! Als u een pincet of ander gereedschap gebruikt in plaats van een steeksleutel, pas dan op dat u de lens niet bekrast.

Stap 9: Constructie Stap 5: Componenten voorbereiden voor oculair

Bereid de componenten voor die u gaat gebruiken om het oculair te monteren:

• SM05L03 lensbuis
• SM5 borgring (verwijderd van SM05L03 buis)
• Ø1/2" Ge Plano-Convex Lens, f = 15 mm, AR-Coated: 7-12 µm (of vergelijkbaar)

Stap 10: constructie Stap 6: oculair monteren

Monteer het oculair door de oculairlens in de SM05L03-buis te plaatsen. De bolle kant moet naar de externe schroefdraad wijzen (naar beneden in de volgende afbeelding). Zet de lens op zijn plaats met de SM05 borgring. Gebruik bij voorkeur een SM05-sleutel (bijv. Thorlabs SPW603, die voor $ 24,50 wordt verkocht) om de SM05-borgring in te brengen en vast te draaien. Pas op dat u de lens niet te strak aandraait, dit kan de lens beschadigen! Als u een pincet of ander gereedschap gebruikt in plaats van een steeksleutel, pas dan op dat u de lens niet bekrast.

Stap 11: Constructie Stap 7: Monteer het oculair op de SM1-naar-SM05-adapter

Schroef de oculairlens op een SM1A1 SM1-naar-SM05-adapter.

Stap 12: Constructie Stap 8: Eindmontage

Schroef tot slot de oculairlensconstructie (gemonteerd op de SM1A1-adapter) en de objectieflensconstructie op de SM1L15-lensbuis. Hiermee is de montage van de Kepler-teleconverter voltooid.

Stap 13: Gebruik de telelensconverter

Plaats de teleconverter voor de lens van de thermische camera en begin met verkennen! U moet de lens scherpstellen door de objectieflens te draaien totdat het scherpste beeld van uw onderwerp is verkregen. De externe SM1-ring die bij de verstelbare lensbuis SM1V05 wordt geleverd, kan worden gebruikt om de scherpstelling te vergrendelen.

U kunt overwegen om permanent een Thorlabs SM05NT ($ 6,58) SM05 vergrendelingsring (ID 0,535"-40, 0,75" OD) aan de lensvatting van uw camera te bevestigen, zodat u snel macro- of teleconverters voor de cameralens kunt monteren zonder dat dit gevolgen heeft zijn oorspronkelijke functionaliteit.

Onthoud ten slotte dat een Kepler-telescoop het beeld omkeert, zodat u het warmtebeeld ondersteboven op het scherm van uw camera ziet. Het vergt slechts een beetje oefening om te wennen aan het feit dat het richten van de camera met de geïnstalleerde teleconverter bewegingen in de tegenovergestelde richting van het beeld vereist.

Stap 14: Prestaties

Ik ben erg blij met de resultaten. De afbeeldingen tonen enkele voorbeeldafbeeldingen van de gebruikte teleconverter. De linkerpanelen tonen het beeld dat is vastgelegd door de vaste lens van de Seek RevealPRO. De rechterpanelen tonen dezelfde scène met behulp van de × 3,33 telelensconverter. Ik heb een oranje rechthoek toegevoegd aan de afbeeldingen in de linkerdeelvensters om het gebied aan te geven dat is vergroot door de telelensconverter. De afmetingen van de rechthoek zijn 1/3,33 die van het beeldframe, wat aantoont dat de vergroting die door de telelensconverter wordt bereikt inderdaad × 3,33 is.

Natuurlijk zijn de lenssystemen die worden gebruikt in de Seek RevealPRO en de teleconverter uiterst eenvoudig, dus vervormingen en lichtafval zijn te verwachten. Zoals te zien is op de foto's van mijn buren in de achtertuin en van een deel van de lucht, is lichtafval het duidelijkst bij het gebruik van de teleconverter om onderwerpen op grote afstand in beeld te brengen. Desalniettemin zijn details die met de camera zonder hulp niet te zien zijn, heel duidelijk met de teleconverter.

Stap 15: Bronnen

De volgende bronnen zijn voor de materialen die in deze Instructable worden genoemd:

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

Opmerking: ik ben op geen enkele manier verbonden met deze bedrijven.

Verder lezen en experimenteren

Voor meer interessante experimenten over natuurkunde en fotografie van de ongeziene wereld, kijk alsjeblieft door mijn boeken (klik hier voor mijn boeken op Amazon.com) en ga naar mijn websites: www.diyPhysics.com en www. UVIRimaging.com.