制作一个简单的UV摄影箱

我太小了，不记得我在哪个博物馆，但我记得那个按钮。神奇的按钮打开了特殊的灯，使棕色和暗淡的岩石发光。闪烁着我从未见过的色彩。我被迷住了。50多年后，当一些营销人员问到，“我们如何显示长波紫外线和中波紫外线之间的差异”时，我有了答案。岩石。

这个教学手册是那个讨论的重孙继子。我加入了摄影的元素。这个问题可以换句话说:“我们如何安全地拍摄荧光矿物产生的令人惊叹的颜色。”这就是我们旅程的起点。

这个指令表使用了我们其他两个指令表的子程序集，用于摄影或展示的简单旋转舞台而且让我们做一个简单的挤压铝显示立方体．

他们将指导你建立旋转基地和组装挤压铝框架的黑暗盒子。这个项目大约需要两个周末才能完成。它只需要基本的木工技能和电子技能。

微距镜头和三脚架是必须的，还有一个坚固的桌子来放置暗箱。我们将在高光圈下使用长时间曝光。

首先，强制性的安全警告。

紫外线是危险的。它会导致烧伤、失明和癌症。由于新冠肺炎疫情，市场上出现了许多基于UVC的设备。FDA的一些背景资料。第一条而且第二条．在这些文章中还可以找到一些其他的阅读材料:1，2，3.，4,5．不幸的是，今天有很多不完整或虚假的信息，所以请仔细检查信息的来源。本项目由您自行承担风险和责任。

我们的设计理念是不直接暴露在紫外线源下。

我们强烈建议不要在这项工作中使用直视摄像机。我们正在处理的一些频率的光可以通过透镜传递到目镜。即使是“安全”的紫外线透过相机目镜也对你不好。如果您正在使用DLSR，请只在锁定镜像并专注于显示器的情况下使用它。如果镜子有锁定超时功能，在目镜上放一块胶带。

不要直视紫外线源。永远。

是的，我们知道黑灯是“安全的”(UVA)。你可以在宿舍和游乐园看到它们。在这些情况下，源和你之间的距离可以用英尺来测量(对于开明的人来说是米)。这里我们使用的单位是英寸(毫米)，有一个可以集中和聚焦光线的设备。请不要这样做。

紫外线是不安全的。它会导致眼睛损伤、烧伤和皮肤癌。这方面的研究已经有100多年了。问问焊工弧的眼睛．"

有证据表明222nm UVC是安全的，但我们知道发表的研究有限，也没有长期研究。我们希望这能成功，但这项研究仍在审查中。

最后，一些uvc灯泡和灯具会产生臭氧作为副产品。在通风良好的地方使用。

所以，让我们设计为不暴露，让它留在那里。你只有两只眼睛;让我们保持他们的健康。

柔软的链接可以在单独的部分中找到。

我们从一个样本或一组样本开始。这通常是我们知道是荧光的或者希望测试荧光的东西。

荧光是材料的一种特性，当暴露在电磁辐射等能量下时，会发光。维基百科．

我们将样品暴露在紫外光谱(~400-100nm)的光下，该能量将使样品发出可见光谱(~390-750nm)的光。维基百科．

用于照亮样品的灯被放置在一个不透光的盒子里。样品使用镜头(微距或广角)和连接镜头和盒子的防光波纹管拍摄。

样品放在盒子内的转盘上，这样就可以从盒子外进行外部操作。

与大多数摄影不同的是，我们试图捕捉的光是由样品发出的，而不是来自外部光源的反射。(想象一下在黑暗的房间里拍摄蜡烛的火焰。)如果你感兴趣，快速搜索一下颜色的物理原理是开始理解这种类型的摄影的一个很好的地方。

我们通常尝试使用镜头所能提供的最大景深。我们正在寻找一个合理的ISO妥协方案。所以，要做好长时间曝光的准备。我们很好地利用了相机上的延迟快门。

可以找到一篇关于荧光矿物质的优秀文章在这里．

拍照的过程从拍摄对象开始。在这种情况下，是一种矿物的样品。

1. 我们把一个或多个样品放在转盘上。
2. 我们用黑盒子盖住样品。
3. 将相机镜头连接到风箱上，风箱连接到暗箱上
4. 打开白光，把最初的镜头框起来
5. 打开第一个紫外线光源，关闭白光。通过相机检查结果并拍照。注意示例对源的响应情况
6. 关闭第一个紫外线源，打开第二个。通过相机检查结果并拍摄。注意示例对源的响应情况
7. 重复所有紫外线源。
8. 在确定要使用的源之后，我们使用转盘控制来移动样本以探索作品。

我们把相机安装在一个坚固的三脚架上，头部可调节;相机有一个至少两秒的快门延迟，以允许在快门释放之前，系统中的任何振动都被抑制。

在拍照时，有一个真空吸尘器是很有帮助的。356nm的光光效果非常好，可以去除纸屑和灰尘。你会想要去除尽可能多的灰尘。

我们制作的盒子被设置为四种不同频率的紫外线，220nm, 265nm, 365nm， ~400nm和可见光。光源多种多样，有led灯、台灯和灯管。它们都是12V或24V的直流设备，或者是手电筒的形式。一些信号源安装了带通滤波器。带通滤波器减少或消除光源产生的面光。

您可以使用我们使用的一个或多个光源来构建项目，也可以添加您自己选择的频率的额外光源。我们经常对频率的轻微变化所带来的荧光变化感到惊讶。

我们需要讨论的另一件事是带通滤波器。我们使用的大多数光源都没有安装带通滤波器。我们正在等待几种不同频率的带通滤波器，如果测试显示图像质量有显著改善，我们将更新设计。

这组照片是用18-70变焦镜头在f22下拍摄的。焦点是使用6000K led手动设置的，后续图像不涉及。照明控制器(和手动手电筒交换)阶梯分层源为每个图像。

微距摄影是紫外线摄影中最令人兴奋的方面之一。它允许对样本的小区域进行探测，可以观察到岩石的各个部分对不同频率的UV光谱的响应。我们使用的设置将在关于波纹管的部分中进行描述。

你需要一个好的、坚固的、无振动的表面来放置暗箱和一个好的三脚架:一个高倍的微距镜头或微距变焦镜头和一点耐心。

黑暗的盒子

构造挤压铝立方的说明可以在这里找到在这里．

立方体是使用黑色阳极氧化2020铝型材和连接器建造的。我们已经尽一切可能在可见光和紫外光谱中使用黑暗的非反射表面。(附注:虽然阳极氧化挤压在紫外光谱中有轻微反射，但它在运输时被塑料胶带覆盖以保护表面。这种粘合剂有轻微的荧光。我们不得不把它擦洗掉。)

这个黑暗的盒子有五面用胶合板围起来。嵌板的内部涂成黑色，外部涂成黑色。顶部面板的角落被凹出，以适应铝挤压的角落，并在其中切割了几个孔，以提供光源和电源连接器的访问。

其中一个侧板上开了一个洞，方便摄像进入。

顶部面板在角落上有缺口，为铝型材提供间隙。它有几个孔，为安装在面板下面的光源提供电力。顶部的中心还有一个孔，用于在外部安装台灯和手电筒。

挤压铝立方体放在3d打印支架上，证明了底座上的光线阻挡和对齐。

我们使用的底座有一个内置的转盘机制。

为了在示例照片中可见，3d打印的部件打印在红色或白色PLA中。实际生产部件打印在哑光黑色PLA。

黑色盒子的面板使用哑光黑色作为内部表面，光滑的黑色作为外部表面。所有的洞都是在喷漆前凿好的。上漆后，面板上有缺口。

最初的方法是在暗箱外构造一个波纹管安装透镜。这种方法适用于变焦和长焦微距镜头。它的缺点是为每一个透镜构造一个波纹管支架。风箱安装在每个镜头的镜头罩螺纹上。这些支架不是标准化的，必须在Fusion 360中自定义创建。

我们提供了我们使用的佳能180mm微距镜头的链接。

风箱管是由一个四英寸柔性铝管道从亚马逊。我们剪了一个18英寸的部分，并把它拧到每个支架的末端。剪管子的时候，先把布料剪直，然后夹住电线。

直风箱安装:打印Thingiverse

偏置波纹管安装:打印Thingiverse

佳能180mm微距镜头适配器:打印Thingiverse

一个交替的波纹管可以构造使用ULHgo镜头罩还有一个3d打印的护环。这种配置最适合广角镜头。

使用此系统:

1. 把遮光罩放在镜头上。
2. 把相机放在三脚架上。
3. 调整三脚架，使相机和引擎盖与风箱安装环高度相同。
4. 做一个粗略的框架和图像的焦点。
5. 将引擎盖连接到安装环上。
6. 设置灯光
7. 最后聚焦，然后拍照。

你将在引擎盖上玩一些游戏来调整你的图像，或者如果有多个样本，移动到下一个。

ULHgo风箱安装:打印Thingiverse．

可以找到ULG-go在这里．

我们做了两个面板，一个为风箱和一个为ULHgo罩。我们会根据需要更换它们。

有一个底座的主要原因是为了防止光线在黑暗的盒子里和外面泄露。

最简单的底座形式是把黑色的盒子放在几层厚重的黑色毛毡上。或者，使用3d打印安装轨道附在一块MDF或胶合板，你已经涂平黑色。

我们使用了一个包含转盘的底座来调整样品，而不需要不断地打开盒子。这是“有就好”，而不是要求。它使射击更有效率。设计可以找到在这里．

3d打印安装轨道的设计可以在这里找到:

2020:打印Thingiverse

8020系列10:可打印的年代Thingiverse

印刷品Thingiverse

我们对“用于摄影或展示的简单旋转舞台”中描述的底座做了两处更改。我们希望我们所做的任何更改对原始项目的影响都是最小的，并且是可以撤销的。

这一变化和随后的变化是通过添加木材镶嵌完成的。

我们使用的插件可以找到在这里．

1. 首先，将插入物与你要使用的螺丝相匹配。
2. 如果工具包中没有钻头，请选择合适尺寸的钻头。
3. 标记你的洞的位置。在我们的案例中，我们移除了深色盒子的铝挤压底部，这样我们就有了一个框架。然后我们插入3d打印的导轨，并将其定位在底座的顶部。
4. 我们用导轨上的孔做钻孔定位标记。
5. 钻洞
6. 在每个孔中放入一个插入物，然后拧紧。
7. 定位项目，你要附加的插入和螺丝在适当的大小和风格的螺钉。本例中为滑道。

如果在3d打印部件相遇的地方有轻微的间隙，用一些黑色腻子或填充物填充它。

如果你想做不同的摄影项目，你可以去掉导轨。

我们所做的第二个改变是使用相同的木材插入物在底座的外部添加din导轨。这为安装灯光和舞台控制系统的控制，以及电源和支持设备提供了一个方便的地方。

我们使用10英寸的7毫米铝导轨安装在底座外面。导轨安装在距离基座顶部约35mm处。我们在每边35mm处标记了一个点，并钻了一个先导孔。然后我们在每个孔上都安装了一个支架。我们使用一个黑色的锋利的颜色黄铜隐藏插入。然后我们用5mm螺栓将din导轨拧进去。

如果你想做一个不同的照片项目或使用一个展示柜的底座，你可以删除din导轨。

我们构建了一个简单的光控制系统来切换不同的光源。它是用Adafruit街机按钮控制器一个Arduino NANO，一个简单的四位继电器板．继电器模块切换了两条12V线路和两条24V线路。12v线控制日光led条和400nm紫外线条。24V继电器控制电源到264nm灯泡和222nm准分子灯的电源。

你认为这需要自己的教学吗?

街机按钮安装:打印Thingiverse

纳米山:打印Thingiverse

继电器:山打印Thingiverse

舞台控制系统在我们的指导手册中有详细说明。用于摄影或展示的简单旋转舞台“我们唯一做的修改就是旋转控制器按钮。更新后的代码在附件中。

我们没有“白光”的光谱。

这块岩石看起来就像一块岩石，这对于设置你的关注点和发现有趣的拓扑特征非常有用。

我们使用LED条亚马逊．led的亮度为6000k，接近日光。它们是另一个项目的剩余部分，使用12V。这使得它们与我们用来为唱盘、400nm led和Arduino nano供电的电源兼容。如果我们重新做这个项目，我们只会使用一半数量的led条。

如果你看一下这个光的光谱，你可以看到频率分布有多广。很多能量在光谱的可见部分。这就是为什么岩石有紫色的铸层。如果我们重新做这个项目，我们只会使用一半数量的led条。

我们使用了来自亚马逊．

我们最初设计并生产了一个电路板，使用了下面列出的手电筒使用的相同的led。使用手电筒更容易，也更便宜。这两款手电筒都内置了带通滤波器元件。当你在野外寻找标本时，手电筒可以随身携带。

我们使用的紫外线过滤手电筒:

宽梁

窄束

灯座的底座在可打印的或Thingiverse．

这个灯泡是256nm紫外线的来源。它被作为杀菌灯泡出售，应该被视为危险物品。下面的链接将为您提供灯泡的物理解释和一个简单的电路，使其工作。

w88官网手机资源

https://russellsrandomthoughts.blogspot.com/2013/05/the-gtl3-bulb-simple-and-inexpensive.html

//www.smiletrl.com/DIY-Ultraviolet-Sterilization-Device-UVClean/

E17灯泡的支架可以在上面找到亚马逊．

搜索e17 3w杀菌灯泡找到灯泡。

E17支架的安装文件可以在这里找到:打印或Thingiverse．

这是启动这个项目的灯。在为一个项目评估短波紫外线灯时，问题是，“有没有一种简单的方法来显示灯是开着的?”我们使用的印刷荧光塑料对大多数UV光谱都有反应。我们记得某些矿物质在不同频率的紫外线下会发出荧光。我们可以通过矿物质对紫外光谱中非常狭窄的部分产生反应来显示哪种灯被点亮。

这个蹩脚货是一家海外制造商的样品。我们获得的供应商似乎已经停业，所以我们无法提供链接。

寻找222nm 15w 24v A65准分子灯

四处搜寻一下是有回报的;当我们在2023年2月进行谷歌搜索时，价格从750美元到280美元不等。

这是强制性的警告。你在网上买东西。经销商给你的规格可能准确也可能不准确。大流行为其中一些产品创造了一个狂野的西部市场。除非您有测试实验室或经过认证和校准的测试设备，否则在购买任何UV产品时，请慎之又慎。

灯座的底座在可打印的或Thingiverse．

关于黑盒的组装和初始测试的一些注意事项。

总是在测试开始时使用可用的最高频率的紫外线。如果你已经安装了400nm(黑光)，这是一个很好的开始。一张复印纸是你设置的最好的朋友。他们加在复印纸上的“增白剂”很荧光。它可以帮助你追踪小的光线泄漏。此外，在改变设置时，在转盘上留下一张纸是一个很好的做法，以防紫外线源意外激活。在房间灯光下你是看不见的。

漏光是双向的。任何紫外线可以漏出的路径都是光可以漏进的路径。虽然它可能不会影响短时间曝光，但在长时间曝光时是可见的。

是的，你也可以穿日光服装。如果你或你的队友开始发光，那一定是哪里有漏洞。

这是使用UV光源进行颜色校正的演示。前十张图片是成对匹配的。第一张图片是未经校正的。在第二张图像中，应用了颜色校正。因为光来自矿物表面内部，所以不能使用标准方法(如彩色或灰度卡)对外部光源进行校正。一些光源“溢出”到可见光谱中，使事情变得更加复杂。这可以为整个图像引入颜色投射。我们将考虑相机传感器对光谱灵敏度的整个问题，超出了这里讨论的范围。最终，这将由用户来决定他们的图像所代表的颜色有多准确。

最后三组图像演示了调整黑色向下的水平，并且没有应用白平衡校正。这种视觉表现更接近于你直接观察所看到的。我们使用它作为处理图像的配方的一部分。

我们想听听其他用户的想法。

市场上有许多低频UV led，而且每个月还在增加。它们的供应极其短缺，而且在大多数情况下价格昂贵。(截至2023年2月)亮度、热性能和功率都有问题，这使它们超出了初学者的使用范围。这种情况在不久的将来可能会改变。它们的优点是可以聚集在较小的区域，这样就可以使用较小的带通滤波器。(有适当的热调节，铝芯PCB和良好的散热器。)一个好的带通滤波器是系统中最昂贵的部分。

只有少数公司生产uv带通滤光片。好的手机价格昂贵，尺寸和外形都不方便业余爱好者使用。

所以，未来的清单:

1. 带通滤波器及其安装座。
2. 频率范围较窄的UV led。
3. 具有更细中心频率的UV led。
4. 一种比较紫外线照度的廉价方法。
5. UV扩散器。
6. 铝制紫外线反射镜

我们制作的一些图片。

好吧，我们住在伊利诺斯州，所以我们必须展示当地五大湖的岩石。尤珍珠岩是最近发现的，首次发现于2017年，在五大湖上游地区很常见。你可以读到它在这里或在这里．我们用的手电筒是Youperlites卖的。我们在密歇根上半岛的夜间海滩散步时使用了它们。

我们已经把这个黑盒子设计得与我们的展示柜兼容。紫外线不会通过玻璃或聚碳酸酯传播。所以通过用聚碳酸酯板取代彩绘板，底座可以在紫外线下显示你的一些矿物质。当没有控制面板时，转盘旋转缓慢，使其适合显示器。

我们的房子有一组聚碳酸酯面板和一个222nm灯的顶部，以取代顶部照明面板和彩绘面板。这是我们收藏的一个很好的展示柜。我们使用转盘来展示大的样品和一套阶梯架子来展示许多单独的小样品。

在万圣节，一个更高的盒子被用来展示荧光道具植物。

这是一个充满发现的摄影领域。你有机会以一种很少有人经历过的方式探索自然之美。它给你新的机会，从摄影到寻找矿产。(或者其他事情。在某个夜晚，带上紫外线手电筒，在黑暗中穿过厨房。油和香料非常有趣。)但是除了一直想摄影，你还能用这个设备做什么呢?

我们希望你能在这个项目中找到一些灵感，感谢你的阅读。