Konverter Telefoto Kamera Termal DIY: 15 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Saya baru saja membeli Seek RevealPro Thermal Camera, yang menawarkan sensor termal 320 x 240 dengan frame rate >15 Hz dengan harga yang sangat terjangkau.

Satu-satunya masalah yang saya miliki dengan kamera ini adalah kamera ini dilengkapi dengan lensa bidang pandang tetap 32°. Ini OK untuk inspeksi termal umum, tetapi ini adalah kerugian nyata ketika mencoba menggunakan kamera untuk pekerjaan jarak dekat untuk menilai disipasi pada papan sirkuit tercetak atau mengidentifikasi komponen yang rusak atau berukuran kecil. Di sisi berlawanan dari rentang jarak, lensa FOV 32° menyulitkan untuk melihat dan mengukur suhu objek pada jarak jauh, atau objek yang lebih kecil pada jarak normal.

adaptor pembesar "makro" diy telah dijelaskan, tetapi saya belum mengetahui bahwa ada orang yang pernah menunjukkan cara membuat konverter telefoto untuk salah satu kamera ini.

Langkah 1: Teleskop Sederhana

Pencitraan objek pada jarak jauh dengan kamera termal memerlukan teleskop sederhana yang dibuat dengan lensa yang bekerja dalam kisaran 10 m. Teleskop pembias dasar yang memiliki dua elemen optik, objektif dan lensa okuler. Tujuannya adalah lensa besar yang mengumpulkan cahaya dari objek yang jauh dan menciptakan bayangan objek itu di bidang fokus. Lensa mata hanyalah kaca pembesar di mana kamera termal dapat melihat gambar virtual.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar, ada dua konfigurasi dasar untuk teleskop bias: Teleskop Keplerian memiliki lensa okuler konvergen dan teleskop Galilea memiliki lensa okuler divergen. Bayangan yang dilihat melalui teleskop Keplerian adalah terbalik, sedangkan bayangan yang dihasilkan oleh teleskop Galilea adalah tegak. Teleskop itu sendiri bukanlah sistem pembentuk citra. Sebaliknya, kamera termal yang terpasang pada teleskop akhirnya membentuk gambar melalui optiknya sendiri.

Perbesaran teleskop Keplerian ditentukan oleh perbandingan antara jarak fokus lensa objektif dan lensa okuler:

Pembesaran_Keplerian = fo/fe

Teleskop Galilea menggunakan lensa objektif positif dan lensa okuler negatif, sehingga perbesarannya diberikan oleh:

Magnigication_Galilean = -fo/fe

Ukuran objektif juga penting karena semakin besar diameternya, semakin banyak cahaya yang dapat dikumpulkan, dan semakin baik objek yang dekat.

Langkah 2: Memilih Lensa yang Cocok untuk Pencitraan Termal

Kamera termal mengukur intensitas cahaya inframerah sekitar 10 m. Ini karena benda memancarkan radiasi benda hitam yang memuncak pada sekitar panjang gelombang itu sesuai dengan hukum perpindahan Wien. Namun, kaca normal tidak mentransmisikan cahaya pada panjang gelombang tersebut, sehingga lensa yang digunakan dalam pencitraan termal harus terbuat dari Germanium atau Seng Selenide yang memungkinkan radiasi dalam kisaran 10 m untuk melewatinya.

Lensa Germanium (Ge) paling sering digunakan untuk aplikasi pencitraan termal karena jangkauan transmisinya yang luas (2,0 - 16 m) di wilayah spektral yang diinginkan. Lensa Germanium buram terhadap cahaya tampak dan memiliki tampilan metalik abu-abu kaca. Mereka lembam terhadap udara, air, alkali, dan sebagian besar asam. Germanium memiliki indeks bias 4,004 pada 10,6 m, dan sifat transmisinya sangat sensitif terhadap suhu.

Seng Selenide (ZnSe) jauh lebih umum digunakan dengan laser CO2. Ini memiliki jangkauan transmisi yang sangat luas (600 nm - 16,0 m). Karena penyerapan rendah di bagian merah dari spektrum tampak, lensa ZnSe biasanya digunakan dalam sistem optik yang menggabungkan laser CO2 (yang umumnya beroperasi pada 10,6 m), dengan HeNe merah tampak atau laser penyelarasan semikonduktor yang murah. Jangkauan transmisi mereka mencakup bagian dari spektrum yang terlihat, memberi mereka warna oranye tua.

Lensa inframerah baru dapat dibeli dari Thorlabs, Edmund Optics, dan pemasok komponen optik lainnya. Seperti yang dapat Anda bayangkan, lensa ini tidak murah – 1/2 lensa Ge plano-cembung dari Thorlabs dihargai sekitar $140, sedangkan lensa ZnSe sekitar $160. Lensa Ge 1” dijual sekitar $240, sedangkan ZnSe dengan diameter ini berharga sekitar $300. Oleh karena itu, temuan surplus atau penawaran Timur Jauh adalah yang terbaik untuk membuat adaptor makro dan telefoto Lensa ZnSe dari China dapat dibeli di eBay® dengan harga sekitar $60.

Langkah 3: Desain Konverter Telefoto

Saya dapat menemukan lensa cembung Ge plano 1” dengan panjang fokus 50 mm (mirip dengan Thorlabs LA9659-E3) dan lensa cembung Ge plano 1/2 dengan panjang fokus 15 mm (mirip dengan a Thorlabs LA9410-E3) untuk membuat konverter telefoto Keplerian saya, perbesarannya adalah:

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

Adaptor telefoto dengan perbesaran lain mudah dirancang menggunakan rumus sederhana yang ditunjukkan di atas. Harap dicatat bahwa panjang tabung lensa utama mungkin perlu diubah, karena jarak antara lensa harus mendekati f0 + fe.

Langkah 4: Kumpulkan Komponen untuk Konverter Telefoto

Anda memerlukan komponen berikut untuk membuat konverter telefoto seperti milik saya (semuanya adalah bagian Thorlabs):

LA9659-E3 1 Ge Plano-Convex Lens, f = 50 mm, Dilapisi AR: 7-12 m $241,74

LA9410-E3 1/2 Ge Plano-Convex Lens, f = 15 mm, Dilapisi AR: 7-12 m $139,74

SM1V05 1" Tabung Lensa yang Dapat Disesuaikan, Rentang Perjalanan 0,31" $30,25

Tabung Lensa SM1L15 SM1, Kedalaman Benang 1,50 , Satu Cincin Penahan Termasuk $15,70

Adaptor SM1A1 dengan Thread SM05 Eksternal dan Thread SM1 Internal $20.60

Tabung Lensa SM05L03 SM05, Kedalaman Benang 0,30 , Termasuk Satu Cincin Penahan $13,80

Cincin Penahan SM1RR SM1 untuk Tabung Lensa 1 dan Dudukan $4,50

Total dengan lensa germanium baru $466,33

Perumahan hanya$84.85

Saya menempatkan konverter telefoto saya dalam tabung optik yang dibuat dengan komponen tabung SM1 dan SM05 Thorlab. Saya menempatkan lensa objektif di depan tabung lensa SM1V05 yang dapat disesuaikan untuk memungkinkan pemfokusan dengan memungkinkan untuk menyesuaikan jarak antara lensa. Cincin SM1 eksternal digunakan untuk mengunci fokus. Dengan menggunakan suku cadang baru dari Thorlabs, Anda dapat menghabiskan sekitar $466. Jika Anda menggunakan lensa ZnSe dari eBay® dan suku cadang baru untuk rumahan, Anda mungkin akan menghabiskan sekitar $200.

Kandang untuk teleskop tidak perlu semewah milik saya. Pipa PVC dengan beberapa pengaturan untuk pemfokusan (misalnya lensa yang dipasang pada tutup berulir) akan bekerja dengan baik. Namun, saya sangat menyukai Tabung SM Thorlabs karena harganya relatif murah dan sangat cocok untuk konstruksi instrumen optik jenis ini. Selain itu, sisi berulir dari lensa okuler SM05L03 menempel sempurna pada cincin penahan lensa Seek RevealPRO.

Langkah 5: Konstruksi Langkah 1: Lepaskan Cincin Dari Tabung SM1L15

Menggunakan jari Anda atau kunci pas (misalnya Thorlabs SPW602 yang dijual seharga $26,75) lepaskan cincin penahan SM1 yang ada di dalam tabung SM1L15.

Langkah 6: Konstruksi Langkah 2: Siapkan Komponen untuk Perakitan Lensa Objektif

Siapkan komponen yang Anda perlukan untuk perakitan lensa objektif:

• Tabung lensa yang dapat disesuaikan SM1V05
• Dua cincin penahan SM1 (salah satunya berasal dari tabung lensa SM1L15 seperti yang ditunjukkan pada langkah sebelumnya)
• 1" Lensa Ge Plano-Cembung, f = 50 mm, Dilapisi AR: 7-12 m (atau serupa)

Langkah 7: Konstruksi Langkah 3: Masukkan Cincin Retainer SM1 Ke SM1V05 hingga Kedalaman 6mm

Dengan menggunakan kunci pas atau jari Anda, masukkan satu cincin penahan ke dalam tabung lensa yang dapat disesuaikan SM1V05 hingga kedalaman sekitar 6mm. Ini mungkin perlu diubah tergantung pada lensa yang Anda pilih sebagai tujuan Anda. Idenya adalah membiarkan lensa duduk cukup di belakang untuk memungkinkan penggunaan cincin penahan di sisi lain lensa.

Langkah 8: Konstruksi Langkah 4: Masukkan Lensa Objektif dan Cincin Retainer Luar

Masukkan lensa objektif dengan sisi cembungnya menghadap ke luar dan kemudian pasang di tempatnya menggunakan cincin penahan kedua. Berhati-hatilah untuk tidak terlalu mengencangkan, karena ini dapat merusak lensa! Jika Anda menggunakan pinset atau alat lain sebagai pengganti kunci pas, berhati-hatilah agar lensa tidak tergores.

Langkah 9: Konstruksi Langkah 5: Siapkan Komponen untuk Lensa Mata

Siapkan komponen yang akan Anda gunakan untuk merakit lensa mata:

• Tabung lensa SM05L03
• Cincin penahan SM5 (dilepas dari tabung SM05L03)
• 1/2" Ge Plano-Convex Lens, f = 15 mm, Dilapisi AR: 7-12 m (atau serupa)

Langkah 10: Konstruksi Langkah 6: Pasang Lensa Mata

Pasang lensa okuler dengan memasukkan lensa okuler ke dalam tabung SM05L03. Sisi cembung harus menghadap ulir eksternal (bawah pada gambar berikut). Pasang lensa pada posisinya dengan cincin penahan SM05. Sebaiknya, gunakan kunci pas SM05 (misalnya Thorlabs SPW603, yang dijual seharga $24.50) untuk memasukkan dan mengencangkan cincin penahan SM05. Berhati-hatilah untuk tidak terlalu mengencangkan, karena ini dapat merusak lensa! Jika Anda menggunakan pinset atau alat lain sebagai pengganti kunci pas, berhati-hatilah agar lensa tidak tergores.

Langkah 11: Konstruksi Langkah 7: Pasang Lensa Mata ke Adaptor SM1-ke-SM05

Pasang unit lensa okuler ke adaptor SM1A1 SM1-ke-SM05.

Langkah 12: Konstruksi Langkah 8: Perakitan Akhir

Terakhir, kencangkan unit lensa okuler (dipasang pada adaptor SM1A1) dan unit lensa objektif ke tabung lensa SM1L15. Ini melengkapi perakitan konverter telefoto Keplerian.

Langkah 13: Gunakan Konverter Telefoto

Tempatkan konverter telefoto di depan lensa kamera termal dan mulailah menjelajah! Anda harus memfokuskan lensa dengan memutar rakitan lensa objektif hingga gambar paling tajam dari subjek Anda diperoleh. Cincin SM1 eksternal yang disertakan dengan tabung lensa yang dapat disesuaikan SM1V05 dapat digunakan untuk mengunci pengaturan fokus.

Anda mungkin ingin mempertimbangkan untuk memasang secara permanen Thorlabs SM05NT ($6,58) SM05 Locking Ring (ID 0,535"-40, 0,75" OD) ke dudukan lensa kamera Anda sehingga Anda dapat dengan cepat memasang konverter makro atau telefoto di depan lensa kamera tanpa mempengaruhi fungsi aslinya.

Terakhir, ingat bahwa teleskop Keplerian membalikkan gambar, sehingga Anda akan melihat gambar termal terbalik di layar kamera Anda. Hanya perlu sedikit latihan untuk membiasakan diri dengan fakta bahwa mengarahkan kamera dengan konverter telefoto yang terpasang memerlukan gerakan berlawanan arah dengan gambar.

Langkah 14: Performa

Saya sangat senang dengan hasilnya. Gambar menunjukkan beberapa contoh gambar dari konverter telefoto yang digunakan. Panel kiri menunjukkan gambar yang diambil melalui lensa tetap Seek RevealPRO. Panel kanan menunjukkan pemandangan yang sama menggunakan konverter telefoto ×3.33. Saya menambahkan persegi panjang oranye ke gambar di panel kiri untuk menunjukkan wilayah yang diperbesar oleh konverter telefoto. Dimensi persegi panjang adalah 1/3,33 dari bingkai gambar, menunjukkan bahwa perbesaran yang dicapai oleh konverter telefoto memang ×3,33.

Tentu saja, sistem lensa yang digunakan dalam Seek RevealPRO dan konverter telefoto sangat sederhana, sehingga diharapkan terjadi distorsi dan vignetting. Seperti yang ditunjukkan pada foto tetangga halaman belakang saya dan sebagian dari langit, vinyet paling jelas terlihat saat menggunakan konverter telefoto ke subjek gambar pada jarak yang jauh. Namun demikian, detail yang tidak dapat dilihat dengan kamera tanpa bantuan sangat jelas terlihat menggunakan konverter telefoto.

Langkah 15: Sumber

Berikut ini adalah sumber untuk materi yang disebutkan dalam Instruksi ini:

• Carilah - www.thermal.com
• Thorlabs – www.thorlabs.com
• Optik Industri Edmund - www.edmundoptics.com

Catatan: Saya sama sekali tidak berafiliasi dengan perusahaan-perusahaan ini.

Bacaan dan Eksperimen Lebih Lanjut

Untuk eksperimen yang lebih menarik tentang fisika dan fotografi dunia gaib, silakan lihat buku saya (klik di sini untuk buku saya di Amazon.com) dan kunjungi situs web saya: www.diyPhysics.com dan www. UVIRimaging.com.