Zastosowanie pierścieni pośrednich w badaniach termowizyjnych

Kamery termowizyjne są od lat jednym z podstawowych narzędzi wykorzystywanych do badań zjawisk termicznych w wielu różnych dziedzinach nauki i techniki. Ze względu na wykorzystywane długości fal, najczęściej 3-5 Μm lub też 7-14 Μm, kamery termowizyjne nie mogą korzystać ze standardowych obiektywów ze szkła krzemowego. Konieczne jest stosowanie drogich elementów optycznych, wykonywanych np. z germanu lub też szafiru. Chcąc stosować kamerę termowizyjną do zróżnicowanych zadań, począwszy od obserwacji odległych przedmiotów, poprzez badania stanu izolacji termicznej budynków, badania maszyn i urządzeń, a kończąc na mikroskopowych badaniach elementów elektronicznych, konieczne staje się wyposażenie kamery termowizyjnej w cały zestaw obiektywów, począwszy od obiektywów teleskopowych, aż po obiektywy mikroskopowe. Celem badań opisanych w niniejszym artykule było sprawdzenie możliwości zastosowania w badaniach termowizyjnych pierścieni pośrednich.

Infrared cameras has been used for years as one of the main tools for temperature measurements. Because of wavelengths employed (3-5 Μm or 7-14 Μm), infrared cameras cannot use standard lenses made of silicon glass. It is necessary to rely on expensive optical materials such as germanium or sapphire. When using an infrared camera for different tasks, such as observation of distant objects, evaluation of buildings thermal insulation, thermal measurements of transformers, power lines, thermal investigations of electronic circuits, one has to use a wide range of lenses, from telescopic to microscopic. The goal of the research was to investigate the possibility of using extension tubes for thermography for imaging objects of sizes comparable to the detector matrix pixel pitch. The general problems of macrophotography are presented in the introduction. The second section describes the physical phenomena and effects to be taken into account when adding an extension tube to infrared camera lens which are the modification of the imaged object - lens - detector matrix geometry leading to the changes of the configuration factor; the influence of the radiation coming from the extension tube itself and finally, the problem of the imaged detail size becoming comparable to the wavelength used by the detector matrix. Next, in the third section, there are presented the results of measurements taken with a MWIR camera, using various combinations of 4 extension tubes. The fourth section contains the conclusions based on the presented measurement results. Extension tubes are an interesting alternative to microscopic lenses, especially in case of measurements for which only the signal phase is of interest. In general, extension tubes appear to be an interesting tool but it should be noted that the additional camera calibration may be needed when using them, depending on the tube length, the imaged object placement in relation to the lens axis and the measured object temperature in order to avoid temperature measurement errors.