ממיר טלה מצלמה תרמית: 15 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

לאחרונה רכשתי מצלמה תרמית Seek RevealPro, המתהדרת בחיישן תרמי של 320 x 240 עם קצב מסגרות> 15 הרץ במחיר משתלם במיוחד.

אחת הבעיות היחידות שיש לי עם המצלמה הזו היא שהיא מגיעה עם עדשה קבועה של 32 מעלות שדה ראייה. זה בסדר לבדיקה תרמית כללית, אך זהו חיסרון של ממש כאשר מנסים להשתמש במצלמה לצורך עבודת תקריב כדי להעריך פיזור על גבי מעגלים מודפסים או לזהות רכיב פגום או מימדי. בצד הנגדי של טווח המרחקים, עדשת ה- 32 ° FOV מקשה על ראיית ומדידת הטמפרטורה של עצמים במרחק, או של אובייקטים קטנים יותר במרחקים רגילים.

תוארו מתאמי הגדלה "מאקרו", אך אינני מודע לכך שמישהו הראה עדיין כיצד לבנות ממיר טלה לאחת המצלמות הללו.

שלב 1: טלסקופים פשוטים

הדמיית אובייקט מרחוק באמצעות מצלמה תרמית דורשת טלסקופ פשוט העשוי בעדשות הפועלות בטווח של 10 מיקרון. טלסקופ שבירה בסיסי הכולל שני אלמנטים אופטיים, אובייקטיבית ועינית. המטרה היא עדשה גדולה שאוספת אור מאובייקט מרוחק ויוצרת דימוי של אותו אובייקט במישור המוקד. העינית היא רק זכוכית מגדלת שדרכה המצלמה התרמית יכולה לצפות בתמונה הווירטואלית.

כפי שמוצג באיור, ישנן שתי תצורות בסיסיות לטלסקופ שבירה: טלסקופ קפלריאני בעל עינית עדשה מתכנסת וטלסקופ גלילי בעל עינית עדשה מתפצלת. התמונה כפי שהיא נראית דרך הטלסקופ הקפלריאני הפוכה, ואילו התמונה שמייצר טלסקופ גלילי היא זקופה. הטלסקופ כשלעצמו אינו מערכת ליצירת תמונות. במקום זאת, המצלמה התרמית המחוברת לטלסקופ יוצרת בסופו של דבר את התמונה באמצעות אופטיקה משלה.

ההגדלה של טלסקופ קפלרי נקבעת על פי היחס בין אורכי המוקד של עדשות האובייקטיבי לעינית:

Magnification_Keplerian = fo/fe

הטלסקופ הגלילי משתמש במטרה חיובית ובעינית שלילית, כך שהגדלתו ניתנת על ידי:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

גודל המטרה חשוב גם מכיוון שככל שקוטרו גדול יותר, כך הוא יכול לאסוף יותר אור, וכך הוא יכול לפתור אובייקטים קרובים.

שלב 2: בחירת עדשות המתאימות להדמיה תרמית

מצלמות תרמיות מודדות את עוצמת האור האינפרא אדום בסביבות 10 מיקרון. הסיבה לכך היא שחפצים פולטים קרינת גוף שחור המגיעה לשיא באורך הגל הזה בהתאם לחוק העקירה של וינה. עם זאת, זכוכית רגילה אינה מעבירה אור באורכי גל אלה, ולכן העדשות המשמשות בהדמיה תרמית חייבות להיות עשויות גרמניום או אבץ סלניד המאפשרות לעבור קרינה בטווח של 10 מיקרון.

עדשות Germanium (Ge) משמשות לרוב ליישומי הדמיה תרמית בגלל טווח השידור הרחב שלהן (2.0 - 16 מיקרון) באזור העניין הספקטראלי. עדשות הגרמניום אטומות לאור הנראה ובעלות מראה מתכתי-אפור זכוכית. הן אינרטיות לאוויר, למים, לאלקליות ולרוב החומצות. לגרמניום יש אינדקס שבירה של 4.004 ב -10.6 מיקרון, ומאפייני השידור שלו רגישים לטמפרטורה גבוהה.

אבץ סלניד (ZnSe) נפוץ הרבה יותר עם לייזרים CO2. יש לו טווח שידור רחב מאוד (600 ננומטר - 16.0 מיקרון). בגלל ספיגה נמוכה בחלק האדום של הספקטרום הגלוי, עדשות ZnSe משמשות בדרך כלל במערכות אופטיות המשלבות לייזרים CO2 (הפועלים בדרך כלל במהירות של 10.6 מיקרון), עם לייזרים זולים של אדום גלוי-אדום HeNe או מוליכים למחצה. טווח השידור שלהם כולל חלק מהספקטרום הגלוי, ומעניק להם גוון כתום עמוק.

ניתן לרכוש עדשות אינפרא אדום חדשות אצל Thorlabs, Edmund Optics וספקי רכיבים אופטיים אחרים. כפי שאתה יכול לדמיין, עדשות אלה אינן זולות-עדשות Ø1/2 אינץ 'Ge plano-convex של Thorlabs מתומחרות בסביבות 140 $, בעוד עדשות ZnSe הן בסביבות 160 $. עדשות Ø1 Ge נמכרות בסביבות 240 $, בעוד ZnSe בקוטר זה עולה בסביבות 300 $. ממצאים עודפים או הצעות מהמזרח הרחוק הם לפיכך הטובים ביותר לייצר את מתאמי המאקרו והטלפוטו. ניתן לרכוש עדשות ZnSe מסין ב- eBay® בסביבות 60 $.

שלב 3: עיצוב ממיר טלפונים

הצלחתי למצוא עדשת Ø1”קמורה Ge-Plan עם אורך מוקד של 50 מ”מ (בדומה ל- Thorlabs LA9659-E3) ועדשת Ø1/2” Ge plano-convex עם אורך מוקד של 15 מ”מ (בדומה ל- Thorlabs LA9410-E3) ליצירת ממיר הטלפונים הקפלרי שלי. ההגדלה היא כך:

הגדלה = fo/fe = 50mm/15mm = 3.33

קל לעצב מתאמי טלפסיה בהגדלות אחרות באמצעות הנוסחאות הפשוטות המוצגות למעלה. שימו לב כי ייתכן שיהיה צורך לשנות את אורך צינור העדשה הראשית, מכיוון שהמרחק בין העדשות צריך להיות קרוב ל- f0 + fe.

שלב 4: אסוף רכיבים עבור ממיר הטלפונים

תזדקק לרכיבים הבאים לבניית ממיר טלה כמו שלי (כולם חלקים של Thorlabs):

LA9659-E3 Ø1 "עדשת Plano-Convex Ge, f = 50 מ"מ, מצופה AR: 7-12 מיקרון $ 241.74

עדשת LA9410-E3 Ø1/2 "Ge Plano-Convex עדשה, f = 15 מ"מ, מצופה AR: 7-12 מיקרון $ 139.74

SM1V05 Ø1 "צינור עדשה מתכוונן, 0.31" טווח נסיעה 30.25 $

צינור עדשה SM1L15 SM1, עומק חוט בגודל 1.50 אינץ ', טבעת שמירה אחת כלולה 15.70 $

מתאם SM1A1 עם פתילים חיצוניים SM05 וחוטים פנימיים SM1 20.60 $

צינור עדשה SM05L03 SM05, עומק חוט 0.30 אינץ ', טבעת שמירה אחת כלולה 13.80 $

טבעת שמירה SM1RR SM1 לצינורות עדשות Ø1 אינץ 'והרכבות 4.50 $

סך הכל עם עדשות גרמניום חדשות 466.33 $

דיור רק 84.85 $

שיניתי את ממיר הטלה שלי בצינור אופטי העשוי מרכיבי צינור SM1 ו- SM05 של Thorlab. הנחתי את העדשה האובייקטיבית בחזית צינור עדשה מתכוונן SM1V05 בכדי לאפשר מיקוד על ידי התאמת המרחק בין העדשות. טבעת SM1 חיצונית משמשת לנעילת המיקוד. באמצעות חלקים חדשים מבית Thorlabs אתה יכול לצפות להוציא בסביבות 466 $. אם אתה משתמש בעדשות ZnSe מ- eBay® וחלקים חדשים לדיור כנראה שתוציא בסביבות 200 $.

המארז לטלסקופ לא צריך להיות מפואר כמו שלי. צינורות PVC עם סידור כלשהו למיקוד (למשל עדשה המותקנת על מכסה הברגה) יעבדו בסדר גמור. עם זאת, אני מאוד אוהב את צינורות ה- SM של Thorlabs מכיוון שהם זולים יחסית ומתאימים באופן מושלם לבניית מכשירים מסוג זה. בנוסף, הצד המושחל של SM05L03 של העינית יושב בצורה מושלמת כנגד טבעת המחזיק של עדשת ה- Seek RevealPRO.

שלב 5: בנייה שלב 1: הסר את הטבעת מצינור SM1L15

בעזרת האצבעות או מפתח ברגים (למשל Thorlabs SPW602 הנמכר ב -26.75 $) הסר את טבעת המחזיק SM1 המגיעה בתוך הצינור SM1L15.

שלב 6: בנייה שלב 2: הכנת רכיבים להרכבת עדשת המטרה

הכינו את הרכיבים הדרושים לכם להרכבת העדשה האובייקטיבית:

• צינור עדשה מתכוונן SM1V05
• שתי טבעות מחזיק SM1 (אחת מהן מגיעה מצינור העדשה SM1L15 כפי שמוצג בשלב הקודם)
• עדשת Ø1 "Ge Plano-Convex, f = 50 מ"מ, מצופה AR: 7-12 מיקרון (או דומה)

שלב 7: בנייה שלב 3: הכנס את טבעת המחזיק SM1 לתוך SM1V05 לעומק של 6 מ"מ

בעזרת מפתח ברגים או באצבעותיך, הכנס טבעת מחזיק אחת לצינור העדשה המתכווננת SM1V05 לעומק של כ -6 מ מ. ייתכן שיהיה עליך לשנות זאת בהתאם לעדשה שבחרת כיעד שלך. הרעיון הוא לאפשר לעדשה לשבת מספיק מאחור כדי לאפשר שימוש בטבעת מחזיק בצד השני של העדשה.

שלב 8: בנייה שלב 4: הכנס עדשה אובייקטיבית וטבעת החזקה החיצונית

הכנס את העדשה האובייקטיבית כשהצד הקמור שלה פונה כלפי חוץ ואז תקבע במקומה בעזרת טבעת המחזיק השנייה. היזהר שלא להדק יתר על המידה, שכן הדבר עלול לפגוע בעדשה! אם אתה משתמש בפינצטה או בכלי אחר במקום מפתח ברגים היזהר שלא לגרד את העדשה.

שלב 9: בנייה שלב 5: הכינו רכיבים לעינית

הכינו את הרכיבים בהם תרצו להרכיב את העינית:

• צינור עדשה SM05L03
• טבעת שמירה SM5 (הוסרה מצינור SM05L03)
• עדשת Ø1/2 "Ge Plano-Convex, f = 15 mm, מצופה AR: 7-12 מיקרון (או דומה)

שלב 10: בנייה שלב 6: הרכבת עינית

הרכיב את העינית על ידי החדרת עדשת העינית לצינור SM05L03. הצד הקמור צריך לפנות כלפי החוטים החיצוניים (למטה בתמונה הבאה). קבע את העדשה במקומה בעזרת טבעת המחזיק SM05. רצוי להשתמש במפתח ברגים SM05 (למשל Thorlabs SPW603, שמוכר ב -24.50 דולר) כדי להכניס ולהדק את טבעת המחזיק SM05. היזהר שלא להדק יתר על המידה, שכן הדבר עלול לפגוע בעדשה! אם אתה משתמש בפינצטה או בכלי אחר במקום מפתח ברגים היזהר שלא לגרד את העדשה.

שלב 11: בנייה שלב 7: הרכבת העינית למתאם SM1-ל--SM05

הברג את מכלול עדשת העינית על מתאם SM1A1 SM1-ל--SM05.

שלב 12: בנייה שלב 8: הרכבה אחרונה

לבסוף, הברג את מכלול עדשת העינית (המותקן על מתאם SM1A1) ואת מכלול העדשה האובייקטיבית על צינור העדשה SM1L15. זה משלים את הרכבה של ממיר הטלה הקפלרי.

שלב 13: השתמש בממיר הטלפונים

הנח את ממיר הטלה מול עדשת המצלמה התרמית והתחל לחקור! עליך למקד את העדשה על ידי סיבוב מכלול העדשות האובייקטיביות עד לקבלת התמונה החדה ביותר של הנושא שלך. ניתן להשתמש בטבעת SM1 החיצונית המגיעה עם צינור העדשה המתכווננת SM1V05 לנעילת הגדרת המיקוד.

ייתכן שתרצה לשקול לצרף לצמיתות טבעת נעילה מסוג SM05TT Thorlabs SM05 ($ 6.58) (מזהה 0.535 "-40, 0.75" OD) למתאם העדשה של המצלמה שלך, כך שתוכל להרכיב במהירות ממרי מאקרו או טלה מול עדשת המצלמה מבלי להשפיע הפונקציונליות המקורית שלו.

לבסוף, זכור שטלסקופ קפלריאני הופך את התמונה, כך שתראה את התמונה התרמית הפוכה על מסך המצלמה שלך. נדרש רק קצת תרגול כדי להתרגל לעובדה שהכוונת המצלמה עם ממיר הטלה מותקן זקוקה לתנועות בכיוון ההפוך של התמונה.

שלב 14: ביצועים

אני מאוד מרוצה מהתוצאות. הנתונים מראים כמה תמונות לדוגמא של ממיר הטלה בשימוש. החלוניות השמאליות מציגות את התמונה שצולמה דרך העדשה הקבועה של Seek RevealPRO. החלוניות הימניות מציגות את אותה סצנה באמצעות ממיר הטלה × 3.33. הוספתי מלבן כתום לתמונות בחלוניות השמאליות כדי לציין את האזור המוגדל על ידי ממיר הטלפוטו. מידות המלבן הן 1/3.33 ממסגרת התמונה, מה שמדגים שההגדלה שמשיג ממיר הטלפוטו היא אכן × 3.33.

כמובן שמערכות העדשות המשמשות ב- Seek RevealPRO וממיר הטלה הן פשוטות ביותר, ולכן יש לצפות לעיוותים ולצמצום. כפי שמוצג בתמונות של השכנים שלי בחצר האחורית ושל חלק מהשמיים, הצביעה ניכרת בעיקר כאשר משתמשים בממיר הטלפוטו לנושאי תמונה במרחק רב. עם זאת, פרטים שלא ניתן לראות במצלמה ללא עזרה ניכרים מאוד באמצעות ממיר הטלה.

שלב 15: מקורות

להלן מקורות החומרים המוזכרים במדריך זה:

• חפש - www.thermal.com
• Thorlabs - www.thorlabs.com
• אדמונד תעשייה אופטיקה - www.edmundoptics.com

הערה: אינני קשור בשום צורה לחברות אלו.

קריאה והתנסויות נוספות

לניסויים מעניינים יותר על פיזיקה וצילום של העולם הבלתי נראה, עיין בספרים שלי (לחץ כאן לספרים שלי ב- Amazon.com) ועבור לאתרים שלי: www.diyPhysics.com ו- www. UVIRimaging.com.