محول تليفوتوغرافي للكاميرا الحرارية DIY: 15 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

لقد اشتريت مؤخرًا كاميرا Seek RevealPro الحرارية ، والتي تتميز بمستشعر حراري 320 × 240 مع معدل إطارات> 15 هرتز بسعر مناسب بشكل لا يصدق.

إحدى المشكلات الوحيدة التي أواجهها مع هذه الكاميرا هي أنها تأتي مع عدسة مجال رؤية ثابتة تبلغ 32 درجة. يعد هذا أمرًا جيدًا للفحص الحراري العام ، ولكنه يمثل عيبًا حقيقيًا عند محاولة استخدام الكاميرا للعمل عن قرب لتقييم التبديد على لوحات الدوائر المطبوعة أو تحديد مكون معيب أو صغير الحجم. على الجانب الآخر من نطاق المسافة ، تجعل عدسة FOV 32 درجة من الصعب رؤية وقياس درجة حرارة الأشياء على مسافة ، أو الأجسام الصغيرة على مسافات عادية.

تم وصف محولات التكبير "الماكرو" ، لكنني لست على علم بأن أي شخص قد أظهر حتى الآن كيفية إنشاء محول تليفوتوغرافي لإحدى هذه الكاميرات.

الخطوة الأولى: تلسكوبات بسيطة

يتطلب تصوير شيء ما على مسافة بكاميرا حرارية تلسكوبًا بسيطًا مصنوعًا من عدسات تعمل في نطاق 10 ميكرون. تلسكوب انكسار أساسي يحتوي على عنصرين بصريين ، هدف وعينة. الهدف عبارة عن عدسة كبيرة تجمع الضوء من كائن بعيد وتخلق صورة لذلك الكائن في المستوى البؤري. العدسة هي مجرد عدسة مكبرة يمكن للكاميرا الحرارية من خلالها مشاهدة الصورة الافتراضية.

كما هو موضح في الشكل ، هناك نوعان من التكوينات الأساسية للتلسكوب الانكساري: التلسكوب Keplerian به عدسة متقاربة العدسة والتلسكوب الجاليلي له عدسة متباعدة. الصورة كما تُرى من خلال التلسكوب Keplerian مقلوبة ، في حين أن الصورة التي ينتجها التلسكوب الجاليلي تكون في وضع مستقيم. التلسكوب في حد ذاته ليس نظامًا لتشكيل الصور. بدلاً من ذلك ، فإن الكاميرا الحرارية المتصلة بالتلسكوب تشكل الصورة في النهاية من خلال بصرياتها الخاصة.

يتم تحديد تكبير تلسكوب Keplerian من خلال النسبة بين الأطوال البؤرية للعدسات الموضوعية والعدسات العينية:

Magnification_Keplerian = fo / fe

يستخدم التلسكوب الجاليلي هدفًا إيجابيًا وعدسة عينية سلبية ، لذلك يتم تكبيره من خلال:

Magnigication_Galilean = -fo / fe

حجم الهدف مهم أيضًا لأنه كلما زاد قطره ، زاد الضوء الذي يمكن أن يجمعه ، وكان بإمكانه حل الأشياء القريبة بشكل أفضل.

الخطوة الثانية: اختيار العدسات المناسبة للتصوير الحراري

تقيس الكاميرات الحرارية شدة ضوء الأشعة تحت الحمراء بحوالي 10 ميكرومتر. هذا لأن الأجسام تصدر إشعاعًا أسودًا يصل ذروته حول هذا الطول الموجي وفقًا لقانون الإزاحة في فيينا. ومع ذلك ، لا ينقل الزجاج العادي الضوء بهذه الأطوال الموجية ، لذلك يجب أن تكون العدسات المستخدمة في التصوير الحراري مصنوعة من جرمانيوم أو زنك سيلينيد مما يسمح بمرور الإشعاع في نطاق 10 ميكرومتر.

تُستخدم عدسات الجرمانيوم (Ge) بشكل شائع لتطبيقات التصوير الحراري نظرًا لنطاق الإرسال الواسع (2.0 - 16 ميكرومتر) في المنطقة الطيفية محل الاهتمام. عدسات الجرمانيوم غير شفافة للضوء المرئي ولها مظهر معدني رمادي زجاجي. فهي خاملة للهواء والماء والقلويات ومعظم الأحماض. مؤشر انكسار الجرمانيوم يبلغ 4.004 عند 10.6 ميكرومتر ، وخصائص انتقاله حساسة بدرجة عالية لدرجة الحرارة.

يستخدم الزنك سيلينيد (ZnSe) بشكل أكثر شيوعًا مع ليزر ثاني أكسيد الكربون. لديها نطاق إرسال واسع جدًا (600 نانومتر - 16.0 ميكرومتر). نظرًا لانخفاض الامتصاص في الجزء الأحمر من الطيف المرئي ، تُستخدم عدسات ZnSe بشكل شائع في الأنظمة البصرية التي تجمع بين ليزر ثاني أكسيد الكربون (الذي يعمل عادةً عند 10.6 ميكرومتر) ، مع ليزر HeNe ذي اللون الأحمر المرئي أو أشباه الموصلات. يشمل نطاق الإرسال الخاص بهم جزءًا من الطيف المرئي ، مما يمنحهم لونًا برتقاليًا عميقًا.

يمكن شراء عدسات الأشعة تحت الحمراء الجديدة من Thorlabs و Edmund Optics وموردي المكونات البصرية الآخرين. كما يمكنك أن تتخيل ، هذه العدسات ليست رخيصة - عدسات Ge plano-محدبة Ø1 / 2 من Thorlabs سعرها حوالي 140 دولارًا ، في حين أن عدسات ZnSe تبلغ حوالي 160 دولارًا. وتباع عدسات Ge مقاس Ø1 بوصة بحوالي 240 دولارًا ، في حين أن ZnSe بتكلفة هذا القطر حوالي 300 دولار. وبالتالي فإن الاكتشافات الفائضة أو عروض الشرق الأقصى هي الأفضل لصنع محولات الماكرو والتصوير المقربة.عدسات ZnSe من الصين يمكن شراؤها من eBay® مقابل 60 دولارًا تقريبًا.

الخطوة 3: تصميم محول الصور المقربة

لقد تمكنت من العثور على عدسة محدبة مستوية Ge Ø1 بوصة ذات طول بؤري 50 مم (على غرار Thorlabs LA9659-E3) وعدسة محدبة Ge plano-محدبة قطرها 1/2 بوصة بطول بؤري 15 مم (مشابه لـ a Thorlabs LA9410-E3) لصنع محول Keplerian المقرب الخاص بي. وبالتالي يكون التكبير:

التكبير = fo / fe = 50mm / 15mm = 3.33

من السهل تصميم محولات Telephoto لمكبرات أخرى باستخدام الصيغ البسيطة الموضحة أعلاه. يرجى ملاحظة أنه قد يلزم تغيير طول أنبوب العدسة الرئيسي ، حيث يجب أن تكون المسافة بين العدسات قريبة من f0 + fe.

الخطوة 4: جمع المكونات لمحول Telephoto

ستحتاج إلى المكونات التالية لإنشاء محول تقريب مثل لي (كلها أجزاء من Thorlabs):

LA9659-E3 Ø1 Ge Plano-Convex Lens ، f = 50 مم ، AR-Coated: 7-12 ميكرومتر 241.74 دولارًا أمريكيًا

LA9410-E3 Ø1 / 2 Ge Plano-Convex Lens ، f = 15 مم ، AR-Coated: 7-12 ميكرومتر 139.74 دولار

SM1V05 Ø1 "أنبوب عدسة قابل للتعديل ، نطاق السفر 0.31" 30.25 دولارًا

أنبوب العدسة SM1L15 SM1 ، عمق الخيط 1.50 بوصة ، حلقة احتجاز واحدة متضمنة 15.70 دولارًا

محول SM1A1 بخيوط SM05 خارجية وخيوط SM1 داخلية 20.60 دولارًا

SM05L03 SM05 أنبوب العدسة ، 0.30 عمق الخيط ، حلقة الاحتفاظ واحدة متضمنة 13.80 دولارًا

حلقة الاحتفاظ SM1RR SM1 لأنابيب وحوامل العدسة Ø1 بوصة 4.50 دولار

المجموع مع عدسات الجرمانيوم الجديدة 466.33 دولار

الإسكان 84.85 دولار فقط

لقد وضعت محول التقريب الخاص بي في أنبوب بصري مصنوع من مكونات أنبوب Thorlab SM1 و SM05. لقد وضعت العدسة الموضوعية في مقدمة أنبوب العدسة القابل للتعديل SM1V05 للسماح بالتركيز من خلال إتاحة ضبط المسافة بين العدسات. يتم استخدام حلقة SM1 خارجية لقفل التركيز. باستخدام أجزاء جديدة تمامًا من Thorlabs ، يمكنك توقع إنفاق حوالي 466 دولارًا. إذا كنت تستخدم عدسات ZnSe من eBay® وأجزاء جديدة للإسكان ، فمن المحتمل أن تنفق حوالي 200 دولار.

لا يلزم أن تكون حاوية التلسكوب رائعة مثلها. ستعمل أنابيب PVC مع بعض الترتيبات للتركيز (على سبيل المثال ، عدسة مثبتة على غطاء ملولب) بشكل جيد. ومع ذلك ، أنا حقًا أحب SM Tubes من Thorlabs لأنها غير مكلفة نسبيًا ومناسبة تمامًا لبناء هذا النوع من الأدوات البصرية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجانب الملولب من العدسة SM05L03 يلائم تمامًا حلقة التجنيب لعدسة Seek RevealPRO.

الخطوة 5: البناء الخطوة 1: إزالة الحلقة من أنبوب SM1L15

باستخدام أصابعك أو مفتاح البراغي (على سبيل المثال Thorlabs SPW602 الذي يبيع بسعر 26.75 دولارًا) ، قم بإزالة حلقة التجنيب SM1 التي تأتي داخل أنبوب SM1L15.

الخطوة 6: البناء الخطوة 2: تحضير المكونات لتجميع العدسة الموضوعية

جهز المكونات التي ستحتاجها لتجميع العدسة الشيئية:

• أنبوب عدسة قابل للتعديل SM1V05
• حلقتا تثبيت SM1 (أحدهما يأتي من أنبوب العدسة SM1L15 كما هو موضح في الخطوة السابقة)
• Ø1 "Ge Plano-Convex Lens ، f = 50 مم ، AR-Coated: 7-12 ميكرومتر (أو ما شابه)

الخطوة 7: البناء الخطوة 3: أدخل حلقة التجنيب SM1 في SM1V05 بعمق 6 مم

باستخدام مفتاح البراغي أو أصابعك ، أدخل حلقة تثبيت واحدة في أنبوب العدسة القابل للتعديل SM1V05 على عمق 6 مم تقريبًا. قد يحتاج هذا إلى التغيير اعتمادًا على العدسة التي اخترتها كهدف لك. الفكرة هي السماح للعدسة بالجلوس خلف العدسة بشكل كافٍ للسماح باستخدام حلقة تثبيت على الجانب الآخر من العدسة.

الخطوة 8: البناء الخطوة 4: أدخل العدسة الموضوعية وحلقة التثبيت الخارجية

أدخل العدسة الشيئية بحيث يكون جانبها المحدب متجهًا للخارج ثم ثبت في مكانه باستخدام حلقة التثبيت الثانية. احرص على عدم المبالغة في شد العدسة ، لأن ذلك قد يؤدي إلى تلف العدسة! إذا كنت تستخدم ملاقطًا أو أداة أخرى بدلاً من مفتاح البراغي ، فاحرص على عدم خدش العدسة.

الخطوة 9: البناء الخطوة 5: تحضير مكونات العدسة

جهز المكونات التي ستستخدمها لتجميع العدسة العينية:

• أنبوب عدسة SM05L03
• حلقة التجنيب SM5 (تمت إزالتها من أنبوب SM05L03)
• Ø1 / 2 "Ge Plano-Convex Lens ، f = 15 mm ، AR-Coated: 7-12 µm (أو ما شابه)

الخطوة 10: البناء الخطوة 6: تجميع العدسة

قم بتجميع العدسة عن طريق إدخال عدسة العينية في أنبوب SM05L03. يجب أن يواجه الجانب المحدب الخيوط الخارجية (في الصورة التالية لأسفل). ثبت العدسة في موضعها باستخدام حلقة التجنيب SM05. على نحو مفضل ، استخدم مفتاح ربط SM05 (مثل Thorlabs SPW603 ، الذي يبيع بسعر 24.50 دولارًا) لإدخال وإحكام حلقة التجنيب SM05. احرص على عدم المبالغة في شد العدسة ، لأن ذلك قد يؤدي إلى تلف العدسة! إذا كنت تستخدم ملاقطًا أو أداة أخرى بدلاً من مفتاح البراغي ، فاحرص على عدم خدش العدسة.

الخطوة 11: البناء الخطوة 7: تركيب العدسة على محول SM1-to-SM05

برغي مجموعة العدسة العينية على محول SM1A1 SM1-to-SM05.

الخطوة 12: البناء الخطوة 8: التجميع النهائي

أخيرًا ، قم بلف مجموعة العدسة العينية (المركبة على محول SM1A1) ومجموعة العدسة الشيئية على أنبوب العدسة SM1L15. هذا يكمل تجميع محول تليفوتوغرافي Keplerian.

الخطوة 13: استخدم محول Telephoto

ضع محول التقريب أمام عدسة الكاميرا الحرارية وابدأ في الاستكشاف! يجب عليك تركيز العدسة عن طريق تدوير مجموعة العدسة الشيئية حتى يتم الحصول على أوضح صورة لموضوعك. يمكن استخدام حلقة SM1 الخارجية التي تأتي مع أنبوب العدسة القابل للتعديل SM1V05 لقفل إعداد التركيز.

قد ترغب في التفكير بشكل دائم في إرفاق Thorlabs SM05NT (6.58 دولار) حلقة قفل SM05 (معرف 0.535 -40 ، 0.75 بوصة OD) بحامل عدسة الكاميرا بحيث يمكنك تثبيت محولات الماكرو أو التقريب بسرعة أمام عدسة الكاميرا دون التأثير وظيفتها الأصلية.

أخيرًا ، تذكر أن التلسكوب Keplerian يعكس الصورة ، لذلك سترى الصورة الحرارية مقلوبة على شاشة الكاميرا. لا يتطلب الأمر سوى القليل من التدريب لتعتاد على حقيقة أن توجيه الكاميرا باستخدام محول التقريب المثبت يحتاج إلى حركات في الاتجاه المعاكس للصورة.

الخطوة 14: الأداء

أنا سعيد جدًا بالنتائج. توضح الأشكال بعض الصور النموذجية لمحول التقريب المستخدم. تُظهر الألواح اليسرى الصورة الملتقطة من خلال عدسة Seek RevealPRO الثابتة. تُظهر الأجزاء اليمنى نفس المشهد باستخدام محول المقربة × 3.33. أضفت مستطيلًا برتقاليًا إلى الصور الموجودة على الأجزاء اليسرى للإشارة إلى المنطقة التي تم تكبيرها بواسطة محول التقريب. أبعاد المستطيل هي 1 / 3.33 تلك الخاصة بإطار الصورة ، مما يدل على أن التكبير الذي تم تحقيقه بواسطة محول التقريب هو بالفعل × 3.33.

بالطبع ، فإن أنظمة العدسات المستخدمة في Seek RevealPRO ومحول التقريب بسيطة للغاية ، لذلك من المتوقع حدوث تشوهات وتظليل. كما هو موضح في صور جيراني في الفناء الخلفي وجزء من السماء ، فإن التظليل يكون أكثر وضوحًا عند استخدام محول التقريب لأهداف الصورة على مسافة كبيرة. ومع ذلك ، فإن التفاصيل التي لا يمكن رؤيتها بالكاميرا غير المساعدة تكون واضحة جدًا باستخدام محول التقريب.

الخطوة 15: المصادر

فيما يلي مصادر المواد المذكورة في هذه التعليمات:

• ابحث - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• بصريات إدموند الصناعية - www.edmundoptics.com

ملاحظة: أنا لست منتسبًا بأي شكل من الأشكال إلى هذه الشركات.

مزيد من القراءة والتجارب

لمزيد من التجارب الشيقة حول الفيزياء والتصوير الفوتوغرافي للعالم غير المرئي ، يرجى الاطلاع على كتبي (انقر هنا للحصول على كتبي على Amazon.com) وانتقل إلى موقعي على الويب: www.diyPhysics.com و www. UVIRimaging.com.