Come rendere visibile la radiazione infrarossa

La luce a infrarossi non dipende dalla luce visibile: la luce IR può essere rilevata in condizioni di oscurità o semi-oscurità. Quasi tutto, intorno a noi, emana luce infrarossa sotto forma di calore. Se gli esseri umani avessero gli occhi adattati per vedere gli infrarossi, potrebbero essere sopraffatti da tutta la materia luminosa che li circonda. Tuttavia, animali come serpenti, pipistrelli vampiri e scarabei hanno sviluppato organi e recettori per rilevare le “firme” del calore negli infrarossi. Telecomandi, mini-telecamere nascoste, etc. sono alcune delle sorgenti artificiali di raggi infrarossi. Ecco come possiamo rivelarle.

Il Sole in realtà emette più luce di quella che vediamo a occhio nudo. La luce viola appena oltre il visibile è la luce ultravioletta (UV) e la luce rossa appena oltre il visibile è la luce infrarossa (IR). Nessuna delle due è visibile all’occhio umano, pertanto possono essere una potenziale fonte di pericolo: non fissare mai una fonte di luce IR per periodi di tempo prolungati, ed astieniti invece del tutto dal guardare anche solo per un istante fonti di luce UV-C, che possono danneggiare irreversibilmente gli occhi.

La luce infrarossa (IR) è una radiazione elettromagnetica (EMR) con lunghezze d’onda più lunghe rispetto alla luce visibile, che la rende in generale invisibile all’occhio umano. La maggior parte della radiazione termica emessa da oggetti vicini alla temperatura ambiente è infrarossa. Gli occhi umani non possono “vedere” la luce infrarossa poiché ha lunghezze d’onda più lunghe della luce visibile, ma una termocamera IR sì, e può convertirla in un’immagine con colori diversi, legati alla temperatura rilevata.

Una semplice termocamera che puoi autocostruire, come abbiamo illustrato qui.

Realizzare una termocamera fai-da-te è un interessante progetto di scienza dilettantistica, che abbiamo illustrato nell’articolo Come realizzare una termocamera IR fai-da-te, che puoi trovare qui. Un’altra possibilità, se siamo interessati a misurazioni più quantitative della radiazione infrarossa, è quella di costruire un rivelatore di infrarossi, che abbiamo descritto qui. In questo articolo, invece, mostreremo alcuni semplici e divertenti metodi qualitativi che permettono di rivelare la luce infrarossa.

Altre forme di radiazione elettromagnetica (radiazione EM) includono luce visibile, raggi X, microonde (le onde EM utilizzate dalle reti Wi-Fi e anche le onde che cucinano il cibo nei forni a microonde) e le onde radio. La differenza tra tutte queste diverse forme di radiazione è la lunghezza d’onda dell’onda elettromagnetica. La luce visibile ha una lunghezza d’onda compresa tra 400 nm e 700 nm, e possiamo vedere solo in questo intervallo. A 700 nm e oltre, entriamo nel regno della radiazione IR.

Lo spettro della radiazione elettromagnetica, con le regioni del visibile e dell’IR.

Una sorgente di raggi infrarossi: i telecomandi

La tecnologia di controllo remoto – cioè tramite telecomando – dominante nelle applicazioni domestiche (TV, decoder satellitare, stereo, home theater, etc.) è l’infrarosso (IR). Un telecomando IR usa la luce infrarossa per trasportare segnali tra un telecomando e il dispositivo che sta dirigendo (si noti che anche alcuni smartphone possono venire trasformati in telecomandi universali). La luce infrarossa si trova nella parte invisibile dello spettro elettromagnetico e non crea suoni.

Un telecomando IR (il trasmettitore) invia all’apparecchio da controllare degli impulsi di luce infrarossa che rappresentano dei codici binari specifici. Questi codici binari corrispondono a comandi, come accensione / spegnimento e aumento del volume. Il ricevitore IR nel televisore, stereo o altro dispositivo decodifica gli impulsi di luce in dati binari (1 e 0) che il microprocessore del dispositivo può comprendere. Il microprocessore esegue quindi il comando corrispondente.

Un esempio di telecomando e il protocollo di comunicazione utilizzato.

Sul lato apparecchio da controllare, il ricevitore a infrarossi si trova sulla parte anteriore del dispositivo, dove può facilmente vedere il segnale proveniente dal telecomando. Per avere un’idea migliore di come funziona il processo di controllo da remoto, diamo un’occhiata all’interno di un tipico telecomando: ad es., il telecomando universale fornito con il decoder digitale via cavo. Le parti di base di un telecomando coinvolte nell’invio di un segnale IR includono invece le seguenti:

  • Pulsanti
  • Circuito integrato
  • Contatti dei pulsanti
  • Diodo infrarosso a emissione di luce rossa (LED IR).

Probabilmente hai notato che alcuni telecomandi funzionano solo quando li punti direttamente verso il ricevitore sul dispositivo controllato, mentre altri funzionano quando li stai puntando nelle vicinanze del ricevitore. Ciò ha a che fare con la forza del LED IR di trasmissione. Un telecomando con più di un LED IR e / o un LED IR particolarmente potente produce un segnale più forte e più ampio. La luce IR non è visibile ad occhio nudo, ma puoi vederla con una fotocamera digitale (provare per credere).

Un semplice metodo per rivelare gli infrarossi

Punta ad es. un telecomando sulla fotocamera dello smartphone (o su una videocamera) e premi un pulsante: dovresti vedere una luce sullo schermo. La fotocamera del telefonino rileva la luce dal telecomando e trasforma quel segnale nella luce visibile visualizzata sullo schermo. Ciò non indica che si dispone di “superpoteri” nella visione IR, tuttavia è un risultato interessante. La visione di tale spia luminosa indica che le batterie del telecomando funzionano correttamente.

L’immagine ripresa da una fotocamera digitale mostra l’emissione di un telecomando IR.

Nota che molti degli smartphone di oggi hanno dei filtri IR sulla fotocamera posteriore e poco o nessun filtro IR sulla fotocamera frontale. È importante, quindi, eseguire questo semplice test con entrambe le telecamere prima di essere sicuri di aver scelto la fotocamera senza filtro. Infatti, come detto solo una telecamera dovrebbe avere il filtro. Questa informazione è importante. Se entrambe le telecamere dispongono di un filtro IR, sarà necessario usare un dispositivo meno recente.

Perché una videocamera funziona nel rivelare l’infrarosso ma non l’altra? No, la fotocamera posteriore non è rotta. È progettata per impedire il passaggio della luce infrarossa attraverso l’obiettivo. Infatti, per migliorare la qualità delle foto e far apparire le immagini più simili a ciò che effettivamente vediamo con i nostri occhi, i produttori di fotocamere applicano pellicole e filtri per bloccare la luce a infrarossi. Questo processo massimizza la quantità di luce visibile che attraversa l’obiettivo.

Questo test è possibile perché i dispositivi ad accoppiamento di carica (CCD) utilizzati nelle telecamere sono in genere prodotti per raccogliere radiazioni elettromagnetiche tra 300 nm e 1100 nm. Ciò significa che sono in grado di rilevare anche la luce infrarossa (tra 700 nm e 1100 nm è infrarossa). Le fotocamere per telefoni cellulari sono più economiche delle fotocamere digitali e quindi la stragrande maggioranza di esse ha un film / filtro molto più sottile per bloccare la luce infrarossa.

La risposta spettrale tipica di una telecamera CCD (a sinistra), che puoi trovare ad es. qui.

Non è possibile utilizzare alcuni telefoni cellulari e alcuni modelli di iPhone® perché le loro fotocamere integrate dispongono di un filtro che rimuove la luce IR. Utilizza un dispositivo diverso o contatta il produttore per determinare se è possibile disabilitare il filtro IR. Se vedi la luce infrarossa anche quando non premi un pulsante del telecomando, uno dei pulsanti in questione potrebbe essere bloccato e altri pulsanti potrebbero non funzionare più. Se questo è il caso rimuovi le batterie.

Come realizzare degli occhiali a infrarossi

Con il metodo descritto, non vedrai il mondo nel vero infrarosso. La fotocamera del tuo cellulare è sensibile soprattutto alla luce visibile, pertanto questa parte della radiazione risulta sempre molto più luminosa sulla CCD e “annega” l’immagine a infrarossi. Se sei davvero interessato nel vedere il mondo a infrarossi, puoi acquistare un filtro a infrarossi, ad es. qui. Questi filtri bloccheranno la luce visibile e quindi ti permetteranno di avere un’immagine migliore del mondo invisibile dell’infrarosso.

Un esempio di filtri di colore in gel per fari da palcoscenico, che puoi trovare ad es. qui.

In particolare, è possibile realizzare occhiali a infrarossi da soli. Si possono infatti utilizzare occhiali per saldatura con lenti rimovibili per realizzare occhiali a infrarossi. Gli occhiali a infrarossi filtrano la maggior parte dello spettro di luce visibile, consentendo agli occhi di assorbire più luce a infrarossi. Puoi acquistare degli occhiali per saldatura online (ad esempio qui) o da un negozio di articoli per la casa, scegliendo occhiali con lenti rimovibili per formare la base degli occhiali a infrarossi.

Compra poi 2 fogli ciascuno di filtri in gel blu e rosso per l’illuminazione del palcoscenico. I filtri in gel blu e rossi bloccano la maggior parte della luce visibile in modo da poter vedere più luce infrarossa. Puoi acquistare questi filtri a gel per l’illuminazione del palcoscenico online o presso la maggior parte dei negozi di forniture teatrali. Il numero di fogli di gel per illuminazione del palcoscenico necessari dipende dalla dimensione delle lenti di saldatura. Se li finisci, puoi sempre comprarne altri.

Per inciso, è interessante notare che i normali occhiali da saldatore fanno esattamente l’opposto di quelli da noi realizzati: filtrano la radiazione infrarossa. Tutti i tipi di saldatura producono radiazioni ultraviolette (UV), visibili e infrarosse (IR) a livelli dannosi. La fotocheratocongiuntivite, il pinguecolo, il pterigio, l’opacità corneale e i depositi maculari pigmentari sono comuni disturbi agli occhi tra i saldatori. L’uso di occhiali protettivi aiuta a ridurre gli effetti dannosi delle radiazioni UV, visibili e IR.

Curve di trasmittanza spettrale di alcuni filtri di protezione per saldatori.

Una volta che ti sarai procurato gli occhiali da saldatura ed i suddetti filtri, rimuovi le lenti originali dagli occhiali in questione. A seconda degli occhiali, potresti essere in grado di estrarli oppure potrebbe essere necessario svitarli. In caso di problemi con la rimozione delle lenti, contatta il produttore per istruzioni sulla rimozione delle lenti. Per alcuni modelli, potrebbe non essere possibile. Non gettare via le lenti originali, poiché ti serviranno come modello per le lenti che dovrai preparare in casa.

Taglia 8 lenti da ciascun filtro a gel, usando le lenti originali come guida. Per realizzare gli occhiali, dovrai inserire 4 lenti del filtro a gel rosso per l’illuminazione del palcoscenico, e altrettante lenti blu, in ciascuna lente. Utilizza un pennarello per tracciare i bordi delle lenti di saldatura originali 4 volte ciascuna sui fogli rosso e blu. Quindi, taglia il gel in modo che corrisponda alla forma delle lenti. Maneggia i gel con cura durante il taglio, poiché anche piccoli graffi possono danneggiarli.

Gli occhiali da saldatore originali che puoi trovare su Internet, ad esempio qui.

Inserisci le lenti negli occhiali per saldatura. Dopo aver tagliato le lenti del filtro a gel, inseriscine 4 di ciascun colore negli occhiali per saldatura. Posiziona 2 lenti rosse tra 2 lenti blu su un lato e 2 lenti blu tra 2 lenti rosse sull’altro lato. Se le lenti non si adattano all’alloggiamento negli occhiali, potrebbero essere troppo grandi o piccole per gli occhiali che hai scelto. Confrontale con le lenti di saldatura iniziali e tagliale a misura oppure scartale e crea una lente sostitutiva.

A questo punto, puoi mettere alla prova i tuoi occhiali in piena luce. Una volta finiti gli occhiali, indossali e vai in un posto luminoso e preferibilmente all’aperto. Se il cielo appare più scuro e gli oggetti sembrano sfumature di rosa e viola, i tuoi occhiali filtrano con successo la luce visibile e ti permettono di vedere la luce infrarossa. Non guardare direttamente il sole con gli occhiali! Infatti, proprio come quando non indossi gli occhiali, guardare il sole può danneggiare seriamente i tuoi occhi.

Gli occhiali dotati di questi filtri mostreranno una bella immagine a infrarossi, ma non avrai modo di sapere quali temperature stai vedendo. Vedrai solo un’immagine colorata. Una camera CCD senza filtro IR sarà sensibile alla radiazione IR a 1 micron, che è la radiazione emessa da una superficie molto calda, circa 3000 K, o 2700 °C (è possibile calcolarlo facilmente con la legge di Wien). Per misurare le temperature “normali” di un corpo, hai quindi bisogno di una termocamera IR o di un termometro IR.

Un esempio di termometro IR per la misurazione a distanza della temperatura di un corpo.

Come individuare telecamere IR nascoste

Se alloggi in un hotel o in un Airbnb, le telecamere nascoste possono essere fonte di preoccupazione. Nel caso di Airbnb, il tuo host deve elencare tutte le telecamere che possiede, indipendentemente dal fatto che siano accese o meno. Inoltre, Airbnb non consente agli host di posizionare telecamere nei bagni o nelle zone notte, anche se si tratta di un soggiorno con un letto pieghevole. Ma, come hanno scoperto alcune famiglie, l’host potrebbe ancora nascondere una telecamera e non dirtelo.

I produttori progettano fotocamere camuffate da altri oggetti di uso quotidiano, come rilevatori di fumo, orologi, hub USB e persino caricabatterie wireless. Questi possono essere utilizzati per motivi legittimi nella propria casa, ad esempio per nascondere una telecamera che un ladro non riesce a trovare o per monitorare una tata con il consenso di quella persona. Ma come puoi assicurarti che qualcuno non ti stia prendendo di mira con una videocamera nascosta?

Una telecamera può essere ben nascosta in un oggetto comune.

Le telecamere a infrarossi vengono utilizzate principalmente per catturare momenti in condizioni di scarsa luminosità o al buio. Sono anche chiamate “telecamere per la visione notturna”. Come indica il nome, le telecamere a infrarossi emettono luci a infrarossi (luci IR) che hanno una frequenza di 430 THz fino a 300 GHz. Queste luci sono del tutto invisibili all’occhio umano. Quindi, anche se c’è una lampadina a raggi infrarossi in una stanza, la luce umana non sarà in grado di vederlo.

Se non hai ancora trovato alcuna videocamera, puoi provare a cercare le luci a infrarossi. La maggior parte delle telecamere IP usano gli infrarossi per la visione notturna. Sebbene questi siano invisibili a occhio nudo, hai un dispositivo che può aiutarti: il tuo smartphone. Per determinare quale delle sue fotocamere funzionerà per te, prendi un telecomando a infrarossi, puntalo sulle varie fotocamere e premi un pulsante. Se vedi la luce sullo schermo, allora quella fotocamera può rilevare l’infrarosso.

Una volta determinata la migliore fotocamera da utilizzare, spegni le luci nella stanza che desideri controllare. Quindi accendi la fotocamera del tuo smartphone e inizia a cercare eventuali luci incandescenti. Le telecamere IP non sono disponibili in nessuna configurazione standard, quindi potresti vedere solo una, quattro, sei o qualche altra combinazione di luci. In genere saranno viola ma a volte possono sembrare bianche. Non dovrai per forza essere vicino alla telecamera nascosta.

In quest’immagine, la fotocamera è a pochi metri di distanza dalla telecamera nascosta.

Le luci al centro dell’immagine qui sotto sono la stessa telecamera, a sole tre stanze di distanza (una sala da pranzo, un soggiorno e uno studio). È abbastanza luminosa da essere notata e giustificare un’indagine più approfondita. Non limitarti a guardare il centro delle pareti, punta il tuo smartphone verso il soffitto, le prese d’aria e persino le prese di corrente. Quando le luci sono accese, cerca qualcosa di insolito. Una stanza ha più di un rilevatore di fumo? Esiste un hub USB in un luogo senza altra elettronica?

Se tocchi uno specchio standard e guardi il dito da un’angolazione, il dito riflesso non “contatterà” il dito reale. Se fai lo stesso con il vetro a una via, il dito riflesso e il dito reale entreranno in contatto (sembrano toccarsi) e ciò potrebbe nascondere una videocamera. Notare cose fuori posto può aiutarti a trovare telecamere nascoste. Sfortunatamente, non esiste un metodo garantito per trovare una telecamera nascosta, ma il metodo illustrato ti dovrebbe dare un po’ di tranquillità.

Qui la stessa telecamera nascosta di prima è invece molto più distante.

Esistono anche delle app ad hoc per la ricerca di telecamere nascoste a visione notturna. Se intendi usarle, anziché aprire la fotocamera del tuo telefono, apri l’app del “rilevatore di fotocamere nascoste” su Android e iOS. Se sei un utente iOS, l’app aprirà sempre la fotocamera anteriore perché Apple ha applicato il filtro IR sulle fotocamere posteriori. Ciò significa che la fotocamera posteriore del tuo iPhone filtrerà la luce IR e non sarai in grado di vedere questo tipo di radiazione nell’anteprima.

A questo punto digitalizza l’ambiente circostante a 360° e guarda attentamente l’anteprima della videocamera. Se nell’anteprima della fotocamera viene visualizzata una luce bianca o blu invisibile a occhio nudo, si tratta della luce a infrarossi. Potrebbero esserci molti dispositivi che possono emettere luce infrarossa, come il riflesso delle luci IR del telefonino in uno specchio o il telecomando della TV. Se scopri delle luci IR anomale, chiedi maggiori informazioni al proprietario del locale.