مبدل تله فوتو دوربین حرارتی Diy: 15 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

من اخیراً یک دوربین حرارتی Seek RevealPro خریداری کردم که دارای سنسور حرارتی 320 در 240 با نرخ فریم> 15 هرتز و قیمت فوق العاده مقرون به صرفه است.

یکی از تنها مشکلاتی که من با این دوربین دارم این است که دارای لنز دید 32 درجه ثابت است. این برای بازرسی کلی حرارتی مناسب است ، اما هنگام تلاش برای استفاده از دوربین برای کارهای نزدیک برای ارزیابی میزان اتلاف روی تابلوهای مدار چاپی یا شناسایی یک قطعه معیوب یا کم حجم ، این یک ضرر واقعی است. در طرف مقابل محدوده فاصله ، لنز 32 درجه FOV مشاهده و اندازه گیری دمای اجسام در فاصله یا اجسام کوچکتر در فواصل عادی را دشوار می کند.

آداپتورهای بزرگنمایی "ماکرو" توضیح داده شده است ، اما من اطلاع ندارم که هنوز کسی نحوه ساخت مبدل تله برای یکی از این دوربین ها را نشان نداده است.

مرحله 1: تلسکوپ های ساده

تصویربرداری از یک شیء در فاصله دور با دوربین حرارتی نیاز به یک تلسکوپ ساده ساخته شده با لنزهایی دارد که در محدوده 10 میکرومتر کار می کنند. یک تلسکوپ شکست اولیه که دارای دو عنصر نوری ، یک شی و یک چشمی است. هدف یک لنز بزرگ است که نور را از یک جسم دور جمع آوری کرده و تصویری از آن جسم را در صفحه کانونی ایجاد می کند. چشمی فقط یک ذره بین است که از طریق آن دوربین حرارتی می تواند تصویر مجازی را مشاهده کند.

همانطور که در شکل نشان داده شده است ، دو پیکربندی اساسی برای یک تلسکوپ انکساری وجود دارد: یک تلسکوپ کپلری دارای یک چشمی عدسی همگرا و یک تلسکوپ گالیله دارای یک چشمی عدسی واگرا است. تصویری که از طریق تلسکوپ کپلریان مشاهده می شود ، وارونه است ، در حالی که تصویری که توسط یک تلسکوپ گالیله ای تولید می شود ، عمودی است. این تلسکوپ به خودی خود یک سیستم شکل دهنده تصویر نیست. بلکه دوربین حرارتی متصل به تلسکوپ در نهایت تصویر را از طریق نوری خاص خود تشکیل می دهد.

بزرگنمایی یک تلسکوپ کپلریان با نسبت بین فاصله کانونی لنزهای شی و چشمی تعیین می شود:

بزرگنمایی_کپلریان = fo/fe

تلسکوپ گالیله از یک هدف مثبت و یک چشمی منفی استفاده می کند ، بنابراین بزرگنمایی آن توسط:

بزرگنمایی_جلیل = -fo/fe

اندازه هدف نیز مهم است زیرا هرچه قطر آن بیشتر باشد ، نور بیشتری می تواند جمع کند و بهتر بتواند اجسام نزدیک را حل کند.

مرحله 2: انتخاب لنزهای مناسب برای تصویربرداری حرارتی

دوربین های حرارتی شدت نور مادون قرمز را در حدود 10 میکرومتر اندازه گیری می کنند. این به این دلیل است که اجسام مطابق قانون جابجایی وین در حدود آن طول موج تابش جسم سیاه منتشر می کنند. با این حال ، شیشه معمولی نور را در آن طول موج ها منتقل نمی کند ، بنابراین لنزهای مورد استفاده در تصویربرداری حرارتی باید از ژرمانیوم یا روی سلنید ساخته شده باشند که اجازه می دهد تابش در محدوده 10 میکرومتر از آن عبور کند.

لنزهای ژرمانیم (Ge) بیشتر به دلیل محدوده انتقال وسیع (2.0 تا 16 میکرومتر) در ناحیه طیفی مورد علاقه برای کاربردهای تصویربرداری حرارتی مورد استفاده قرار می گیرند. لنزهای ژرمانیم با نور مرئی مات هستند و ظاهری فلزی به رنگ خاکستری شیشه ای دارند. آنها نسبت به هوا ، آب ، قلیاها و اکثر اسیدها بی اثر هستند. ژرمانیم دارای ضریب شکست 4.004 در 10.6 میکرومتر است و خواص انتقال آن به شدت به دما حساس است.

سلنید روی (ZnSe) بسیار بیشتر با لیزرهای CO2 استفاده می شود. محدوده انتقال بسیار وسیعی دارد (600 نانومتر - 16.0 میکرومتر). به دلیل جذب کم در قسمت قرمز طیف مرئی ، لنزهای ZnSe معمولاً در سیستم های نوری استفاده می شوند که لیزرهای CO2 (که معمولاً در 10.6 میکرومتر کار می کنند) را با لیزرهای ارزان HeNe قرمز قرمز یا تراز نیمه هادی ترکیب می کنند. محدوده انتقال آنها شامل قسمتی از طیف مرئی است که به آنها رنگ نارنجی عمیق می دهد.

لنزهای مادون قرمز جدید را می توانید از Thorlabs ، Edmund Optics و سایر تامین کنندگان قطعات نوری خریداری کنید. همانطور که می توانید تصور کنید ، این لنزها ارزان نیستند-لنزهای Ge-plano-محدب Ge from 1/2 اینچ از Thorlabs حدود 140 دلار قیمت دارند ، در حالی که لنزهای ZnSe حدود 160 دلار هستند. لنزهای 1 Ge 1 Ge در حدود 240 دلار به فروش می رسند ، در حالی که ZnSe با این قطر هزینه دارد. حدود 300 دلار. بنابراین یافته های مازاد یا پیشنهادات شرق دور برای ساختن آداپتورهای ماکرو و تله بهتر است. لنزهای ZnSe از چین را می توان در eBay® با قیمت 60 دلار خریداری کرد.

مرحله 3: طراحی مبدل تله فوتو

من توانستم یک لنز پلان محدب Ge1 اینچی با فاصله کانونی 50 میلی متر (مشابه Thorlabs LA9659-E3) و یک لنز پلان محدب Ge 1/2 اینچی با فاصله کانونی 15 میلی متر (شبیه به a Thorlabs LA9410-E3) مبدل تله فوتو Keplerian من. بزرگنمایی به این صورت است:

بزرگنمایی = fo/fe = 50mm/15mm = 3.33

طراحی آداپتورهای تله فوتو با بزرگنمایی های دیگر با استفاده از فرمول های ساده نشان داده شده در بالا آسان است. لطفاً توجه داشته باشید که طول لوله لنز اصلی ممکن است نیاز به تغییر داشته باشد ، زیرا فاصله بین لنزها باید نزدیک به f0 + fe باشد.

مرحله 4: قطعات را برای مبدل Telephoto جمع آوری کنید

برای ساخت مبدل تله مانند من (همه قطعات Thorlabs هستند) به اجزای زیر نیاز دارید:

لنز LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-Convex، f = 50 mm، AR-Coated: 7-12 µm 241.74 $

لنز LA9410-E3 Ø1/2 Ge Plano-Convex، f = 15 mm، AR-Coated: 7-12 µm 139،74 $

SM1V05 Ø1 "لنز قابل تنظیم لوله ، 0.31" محدوده سفر 30.25 دلار

SM1L15 SM1 Lens Tube ، 1.50 عمق موضوع ، یک حلقه نگهدارنده شامل 15.70 دلار

آداپتور SM1A1 با نخهای SM05 خارجی و نخهای داخلی SM1 20.60 دلار

SM05L03 SM05 لنز لوله ، 0.30 اینچ عمق موضوع ، یک حلقه نگهدارنده شامل 13.80 دلار

SM1RR SM1 حلقه نگهدارنده برای لوله ها و پایه های لنز 1 اینچی 4.50 دلار

مجموع با لنزهای ژرمانیوم جدید 466.33 دلار

مسکن فقط 84.85 دلار

من مبدل تله خود را در یک لوله نوری که با اجزای لوله Thorlab's SM1 و SM05 ساخته شده بود ، قرار دادم. من لنز شیئی را در جلوی یک لوله لنز قابل تنظیم SM1V05 قرار دادم تا امکان تمرکز با امکان تنظیم فاصله بین لنزها فراهم شود. یک حلقه SM1 خارجی برای قفل کردن فوکوس استفاده می شود. با استفاده از قطعات کاملاً جدید Thorlabs می توانید حدود 466 دلار هزینه کنید. اگر از لنزهای ZnSe از eBay® و قطعات جدید برای محفظه استفاده می کنید ، احتمالاً حدود 200 دلار هزینه خواهید کرد.

محفظه تلسکوپ لازم نیست به اندازه من فانتزی باشد. لوله های PVC با تنظیماتی برای تمرکز (به عنوان مثال لنز نصب شده روی درپوش رزوه شده) کاملاً خوب کار می کنند. با این حال ، من واقعاً لوله های SM Thorlabs را دوست دارم زیرا نسبتاً ارزان هستند و برای ساخت این نوع ابزارهای نوری مناسب هستند. علاوه بر این ، قسمت رزوه دار چشمی SM05L03 کاملاً در برابر حلقه نگهدارنده لنز Seek RevealPRO قرار دارد.

مرحله 5: ساخت و ساز مرحله 1: حلقه را از لوله SM1L15 حذف کنید

با استفاده از انگشتان دست یا آچار آچار (به عنوان مثال Thorlabs SPW602 که 26.75 دلار فروخته می شود) حلقه نگهدارنده SM1 را که داخل لوله SM1L15 قرار دارد بردارید.

مرحله 6: ساخت و ساز مرحله 2: تهیه اجزای سازنده لنز هدف

اجزای مورد نیاز برای مونتاژ عدسی شیئی را آماده کنید:

• لوله لنز SM1V05 قابل تنظیم
• دو حلقه نگهدارنده SM1 (یکی از آنها از لوله لنز SM1L15 همانطور که در مرحله قبل نشان داده شده است)
• "1" Ge Plano-Convex Lens ، f = 50 mm ، AR-Coated: 7-12 µm (یا مشابه)

مرحله 7: ساخت مرحله 3: حلقه نگهدارنده SM1 را در SM1V05 به عمق 6 میلی متر وارد کنید

با استفاده از آچار آچار یا انگشتان خود ، یک حلقه نگهدارنده را در لوله لنز قابل تنظیم SM1V05 به عمق تقریبی 6 میلی متر وارد کنید. بسته به لنزی که به عنوان هدف انتخاب کرده اید ممکن است نیاز به تغییر داشته باشد. ایده این است که به لنز اجازه دهید به اندازه کافی در عقب بنشیند تا امکان استفاده از حلقه نگهدارنده در طرف دیگر لنز وجود داشته باشد.

مرحله 8: ساخت مرحله 4: قرار دادن لنز هدف و حلقه نگهدارنده بیرونی

عدسی هدف را با طرف محدب آن رو به بیرون وارد کنید و سپس با استفاده از حلقه نگهدارنده دوم در جای خود ثابت کنید. مراقب باشید بیش از حد سفت نشوید ، زیرا ممکن است به لنز آسیب برساند! اگر از موچین یا ابزار دیگری به جای آچار استفاده می کنید ، مراقب باشید لنز را خراش ندهید.

مرحله 9: ساخت مرحله 5: اجزای سازنده چشمی را آماده کنید

اجزایی را که برای مونتاژ چشمی استفاده می کنید آماده کنید:

• لوله لنز SM05L03
• حلقه نگهدارنده SM5 (حذف شده از لوله SM05L03)
• ens 1/2 "Ge Plano-Convex Lens ، f = 15 mm ، AR-Coated: 7-12 µm (یا مشابه)

مرحله 10: ساخت مرحله 6: چشمی را جمع کنید

با قرار دادن عدسی چشمی در لوله SM05L03 ، چشمی را جمع کنید. طرف محدب باید رو به نخ های خارجی باشد (پایین در تصویر زیر). با حلقه نگهدارنده SM05 لنز را در موقعیت خود ثابت کنید. ترجیحاً از آچار آچار SM05 (به عنوان مثال Thorlabs SPW603 ، که به قیمت 24.50 دلار به فروش می رسد) برای قرار دادن و سفت کردن حلقه نگهدارنده SM05 استفاده کنید. مراقب باشید بیش از حد سفت نشوید ، زیرا ممکن است به لنز آسیب برساند! اگر از موچین یا ابزار دیگر به جای آچار استفاده می کنید ، مراقب باشید لنز را خراش ندهید.

مرحله 11: ساخت و ساز مرحله 7: چشمی چشمی را به آداپتور SM1-to-SM05 متصل کنید

مجموعه لنزهای چشمی را روی آداپتور SM1A1 SM1-SM05 وصل کنید.

مرحله 12: ساخت مرحله 8: مونتاژ نهایی

در نهایت ، مجموعه لنزهای چشمی (نصب شده بر روی آداپتور SM1A1) و مجموعه لنزهای شیئی را روی لوله لنز SM1L15 پیچ کنید. این مونتاژ مبدل تله فوتو Keplerian را تکمیل می کند.

مرحله 13: از Telephoto Converter استفاده کنید

مبدل تله را جلوی لنز دوربین حرارتی قرار دهید و شروع به کاوش کنید! شما باید لنز را با چرخاندن مجموعه لنزهای عینی متمرکز کنید تا واضح ترین تصویر از سوژه شما به دست آید. حلقه SM1 خارجی همراه با لوله لنز قابل تنظیم SM1V05 می تواند برای قفل کردن تنظیمات فوکوس استفاده شود.

ممکن است بخواهید یک حلقه قفل Thorlabs SM05NT (6.58 دلار) SM05 (ID 0.535 "-40 ، 0.75" OD) را به پایه لنز دوربین خود وصل کنید تا بتوانید بدون هیچ تاثیری سریع مبدل های ماکرو یا تله را در جلوی لنز دوربین نصب کنید. عملکرد اصلی آن

در نهایت ، به یاد داشته باشید که یک تلسکوپ کپلریان تصویر را وارونه می کند ، بنابراین عکس حرارتی را برعکس روی صفحه دوربین خود مشاهده خواهید کرد. فقط کمی تمرین لازم است تا به این واقعیت عادت کنید که اشاره به دوربین با مبدل تله نصب شده نیاز به حرکت در جهت عکس عکس دارد.

مرحله 14: عملکرد

از نتایج بسیار راضی هستم در شکل ها تعدادی تصویر نمونه از مبدل تله در حال استفاده نشان داده شده است. پنجره های سمت چپ تصویر گرفته شده از طریق لنز ثابت Seek RevealPRO را نشان می دهند. پنجره های سمت راست همان صحنه را با استفاده از مبدل تله 3.33 پوند نشان می دهند. یک مستطیل نارنجی به تصاویر سمت چپ پنجره ها اضافه کردم تا ناحیه بزرگ شده توسط مبدل تله را نشان دهد. ابعاد مستطیل 1/3.33 ابعاد قاب تصویر است که نشان می دهد بزرگنمایی حاصل از مبدل تله در واقع 3.33 پوند است.

البته ، سیستم های لنز مورد استفاده در Seek RevealPRO و مبدل تله بسیار ساده هستند ، بنابراین انتظار می رود که اعوجاج و رنگ آمیزی انجام شود. همانطور که در عکسهای همسایگان حیاط خلوت من و قسمتی از آسمان نشان داده شده است ، زمانی که از مبدل تله برای تصویربرداری از سوژه ها در فاصله زیاد استفاده می کنید ، تصویر کشی بیشتر نمایان می شود. با این وجود ، جزئیاتی که با دوربین بدون کمک دیده نمی شوند با استفاده از مبدل تله بسیار آشکار هستند.

مرحله 15: منابع

موارد زیر منابع مطالبی است که در این دستورالعمل ذکر شده است:

• جستجو - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• اپتیک صنعتی ادموند - www.edmundoptics.com

توجه: من به هیچ وجه وابسته به این شرکت ها نیستم.

خواندن و آزمایش های بیشتر

برای آزمایش های جالب تر در زمینه فیزیک و عکاسی از دنیای غیب ، لطفاً کتابهای من را ببینید (برای کتابهای من در Amazon.com اینجا کلیک کنید) و به وب سایتهای من بروید: www.diyPhysics.com و www. UVIRimaging.com.