Se dag och natt, kör med alla lampor avstängda eller till och med upptäcka rörelse utanför din syn i alla väder? Ja, vi ska prata om "nattsyn" -optik, definiera hur och tack vare vilken fysisk princip denna teknik kan existera, granska dess funktion - med dess utveckling sedan den skapades, och slutligen dess olika möjliga användningsområden (och deras gränser) . Per definition är att köpa en nattvisionsglasögon en investering. Produkten (glasögon, kikare, kikare etc.) måste motsvara så mångsidig användning som möjligt, till bästa pris, med bästa möjliga livslängd.

Varför kan inte en människa se på natten?

Tja, vi utesluter vampyrer och andra varulvar, det är ett speciellt fall. Det mänskliga ögat består av två typer av celler (fotoreceptorerna som fodrar näthinnans botten):

  • Cones - för att skilja färger

  • Sticks - för att ställa in ljusstyrkan

När ljusnivån sjunker, reagerar bara stavarna - 1000 gånger mer känsliga än konerna och antalet 92 till 100 miljoner för en människa (jämfört med katten som har cirka 150 miljoner av dem och som är nyktalop). Detta förklarar varför din vision går in i "svartvitt" -läge. På samma sätt verkar objekten "suddiga" eftersom överföringen av fotoreceptorer till synnerven är mindre effektiv med stavarna. I grund och botten, för att aktivera förmågan för naturlig "nattsyn" och släppa in kvarvarande ljus, vidgar eleven och "aktiverar" stavarna. Men med en gräns som inte tillåter effektiv nattsyn.

Celler som behandlar ljus i ditt öga:
celler av behandling av ljus i det mänskliga ögat

Vad är infrarött?

Det händer på atomnivå! En atom (som består av neutroner, protoner och ett "moln" av elektroner - detta är den del som intresserar oss - som är i rörelse runt atomens kärna) är i evig rörelse, även på en kropp. (ett objekt) fast. Enligt dess exciteringsnivå (beroende på den energi som appliceras på den - och som den absorberar, såsom värme till exempel) kommer elektronerna att passera från ett "passivt" tillstånd till ett "upphetsat" tillstånd. och flytta bort från kärnan för att nå en bana med större energi. De upphetsade elektronerna (som får energi större än deras kapacitet) kommer efter en viss tid att återvända till sin "naturliga" bana runt kärnan. Detta "hopp" mellan två banor genererar en elektromagnetisk störning (strålning) och "frigör" denna överskottsenergi (som kommer att vara lika med den absorberade energin) i form av fotoner (och en elektromagnetisk våg - enligt principen om vågpartikel dualitet). Denna frisättning, i form av OCH-vågor av fotoner, kvantifieras därför av det elektromagnetiska spektrumet (för att hålla det enkelt kommer vi att uttrycka det i ett metriskt system).

1-atomen, dess kärna och dess elektroner (cirklarna runt kärnan är 3-banor som "används" av elektronerna, beroende på deras excitationstillstånd)
1-atom och dess elektroner
  • INFRARED WAVE RANGE EXTENDS FRÅN 0,7 till 100 μm
  • VISIBLE WAVE RANGE sträcker sig från 0,38 till 0,7 μm
  • GÅR PÅ GAMMA, X, ULTRAVIOLET och RADIO RAYS, inget intresse här

Det som intresserar oss för tekniken som används i nattsyn och värme är det infraröda vågområdet, uppdelat (av CIE-systemet) i fyra spektralband:

  • Nära infraröd: från 7μm till 1,6μm
  • Den genomsnittliga infraröda: från 1,6 μm till 4 μm
  • Termisk infraröd: från 4 μm till 15 μm
  • Far infraröd: från 15 μm till 100 μm

Det är tack vare dessa olika vågor som din fjärrkontroll, din LED-lampa, missilstyrning, värmekameror, lasrar ... och en hel massa andra applikationer fungerar!

 Det elektromagnetiska spektret

det elektromagnetiska spektret

Vad är restljus?

Helt nödvändigt för att använda dina glasögon (utan kvarvarande ljus - och därför utan fotoner, ingen mörkerseende möjlig), utsänd av solen, månen, stjärnorna - och alla ljuskällor som finns i stadsområden (allmän belysning , bilstrålkastare, upplysta skyltar) som bildar en lysande gloria över ett stort område - restljus är den uppsättning fotoner som strömmar runt i det utrymme du befinner dig i (med ljusets hastighet någon annanstans), dag och natt. Det är genom att förstärka detta ljus (på natten uppenbarligen för mörkerseende) med hjälp av en fotokatod och en fosforescerande skärm som vi kommer att återställa en bild (av mer eller mindre bra kvalitet beroende på " generation ”av röret som innehåller fotokatoden).

Nu när den fysiska principen som gör det möjligt att installera "mörkerseende" -teknik, kommer vi att kunna förklara hur det fungerar!

Hur fungerar ett mörkerseende-teleskop?

Som framgår ovan är den grundläggande principen (för glasögon med passiv drift) att förstärka det återstående ljuset så mycket som möjligt för att göra en bild med bästa definition och bästa möjliga ljusstyrka. Jag kommer bara att ta itu med (och i kapitlet ”infraröd fackla) utnyttjande av infrarött på ett aktivt sätt, denna teknik är potentiellt en fara vid taktisk användning.

  1. En lins (på framsidan av teleskopet) fångar det kvarvarande ljuset och en del av spektret hos den närmaste infraröda och riktar dem till elektronröret (en fotomultiplikator).
  1. Att passera genom fotomultiplikatorljuset (fotoner) träffar en fotokatod och genererar sålunda elektroner genom fotoelektrisk effekt.
  1. Elektronerna projiceras mot en skiva - polariserad av elektroder - av mikrokanaler, MCP (som anses vara en fotomultiplikatorskiva). Byggd på ett sådant sätt att kollisionen underlättas (varje mikrokanal är orienterad i en mer eller mindre viktig vinkel - från 5 till 8 °) och för att minska "buller". När de initiala elektronerna kommer in i mikrokanalerna slår de sina väggar och orsakar utsläpp av andra elektroner, som genom förstärkningseffekt i sin tur kommer att träffa mikrokanalernas väggar och därmed skapa d andra elektroner.
  1. Elektronerna (numrerar numera flera tusen) kommer att passera genom en fosforescerande skärm. Tack vare den förvärvade kinetiska energin har elektronerna (som har strukturen hos de ursprungliga fotonen - vilket möjliggör återställningen av bilden) kommer att excitera fosforatomerna ... som frigör fotoner. Detta ljus som returneras genom en lins kommer att utgöra den slutliga bilden - som du visualiserar "i grönt" på grund av fosforens egenskaper. Linsen bör möjliggöra fokus (och eventuellt förstoring) för bästa möjliga kvalitet.
    1. Det bör noteras att visionen "i grönt" beror på att tillverkaren väljer en specifik fosfor - det mänskliga ögat är mer känsligt för grönt, detta var lösningen för en (mer eller mindre) optimal kontrast vid en. kontrollerad kostnad.

Schematisk drift av en nattvisionsomfång (åtminstone 2-generationen)

diagram över driften av ett nattvisselteleskop

Så varför finns det flera “kvaliteter” av mörkerseende?

Som med någon mänsklig uppfinning, kommer vi ständigt att försöka förbättra kapaciteten hos en teknik. Via fysik, biologi eller kemi, via användarrapporterad erfarenhet, och helt enkelt genom en mynttillverkningskapacitet som förbättras med tillkomsten av relaterad teknik.

När det gäller nattsyn är det som främst möjliggjorde förbättringen:

  • Förbättring av fotokatoden och dess känslighet (genom 2 och 3 rör generationer)

    • S1-, S20-, S25-fotokatoden och galliumarsenidfotokatoderna är efterföljarna, vilket förbättrar känsligheten i spektralområdet av synligt och nära infrarött.
  • Infoga mikrokanalplattan (från generation 2)

    • Detta kommer att möjliggöra att generera en mycket större mängd elektroner (jämfört med 1-generationen) och därmed en förbättring av bildförändringens förstärkning och kvalitet
    • På ett 3-generationsrör anbringas en jonfilterfilm på den (för att skydda katoden mot exponering för en oönskade ljuskälla). Detta minskar antalet genererade elektroner och ökar synlig halo på ljusfläckarna. Tvärtom förbättrar filmen rörets livslängd avsevärt
    • På ett 3-generationsrör som uppfyller OMNI-V - VII-standarderna integrerar ett finare jonfilter - förbättring av SNR och ljuskänslighet - på bekostnad av livslängd
  • Funktionen "AUTOGATED" (från generation 3)

    • Denna funktion hanterar extremt snabbt (i storleksordningen ett millisekund) matningen av röret. Så snart röret utsätts för en "aggressiv" ljuskälla kommer strömförsörjningen att avbrytas omedelbart, vilket bevarar röret och dess livslängd.
  • Resolutionen (definierad av åtgärden i linjepar per mm)

    • Sammanfattningsvis - och mycket kortfattat - förbättras din visualisering av detaljernas finhet
  • Förbättringen av SNR (Signal brusradio)

    • Det är förhållandet mellan signalens spänning (rörets elektriska signal) och det brus det genererar. I princip "snön" (Scintillation) som visas i bilden. Skillnaden mellan en Generation 1 och Generation 3-hit är uppenbar.

De olika generationerna av röret

Bildåtergivning av olika rörgenerationer (termen "4-generation" är överanvändad och motsvarar den normaliserade 3-generationen Omni-VII)

bildframställning av olika generationer av rör

0-generationen

I 1929 utgör den ungerska fysikern Kálmán Tihanyi principen om nattvisa (till förmån för den brittiska armén). Från 1935 utvecklar ett tyskt företag (AEG - som fortfarande finns idag) nattsynsteknologi, parallellt med USA. Under andra världskriget kommer dessa två länder att använda nattsynskapskapaciteten i strid, på pansrede fordon och på handeldvapen. USA kommer att utveckla konceptet och fortsätta sin operativa användning under Koreakriget. Den teknik som används är aktiv - den projekterar en bred infraröd stråle

1-generationen (och 1 +)

Fortfarande det vanligaste runt om i världen idag! Utvecklades under sextiotalet och utnyttjades under Vietnamkriget av USA, det utnyttjar det första "passiva" röret med intensivering av ljus med en S60 fotokatod (för en Intensifieringsvinst på ungefär x1000). Bilden är tydlig och ger bra kontrast i mitten av bilden, med förvrängning i kanterna och ett SNR som genererar störningar - "snö" - på den återgivna bilden. De generation 1-rör som för närvarande erbjuds av tillverkare kommer oftast från lager i fd Sovjetunionen - vilket är ganska positivt. De Livslängden på detta rör kommer att ligga runt 4000 timmar (plus eller minus) aktiv användning et Det kommer endast att vara möjligt att använda en hög nivå av kvarvarande ljus (synlig måne), utom vid användning av en IR-brännare i samband med teleskopet.

Det så kallade ”generation 1+” -röret är inget annat än ett generation 1-rör förbättrat för att erbjuda bättre bildkvalitet (Armasight Core eller Pulsar Edge) med optimerad upplösning.

  • Definition: från 35 till 60 par linjer per mm
  • Genomsnittlig livslängd: cirka 4000 timmar
  • Fotokatod: S20
  • Intensivering: cirka 1000 gånger - kräver en hög restljusnivå
  • Genomsnittspris: från 150 till 700 euro - beroende på vilken typ av teleskop (monokulär, kikare, kikarsikte, med eller utan förstoring etc.)

2-generationen (och 2 +)

Denna andra generation introducerar MCP (mikrokanalskivan) och en S25-fotokatod för en förstärkningsförstärkning på upp till 20000 45 gånger, en signifikant förbättring av SNR, upplösning (1 par linjer per mm minimum) och ljusstyrkekänslighet - tillsättningen av en IR-fackla kommer inte längre att vara nödvändig och nivån på kvarvarande ljus måste vara mycket lägre för en bild som är överlägsen generation XNUMX. Fosforskärmen kan använda ( enligt tillverkaren) en fosfor som förbättrar kontrasten hos den gröna "färgen" och därmed ger en bättre detaljnivå.

Det så kallade “2+” generationen röret (verkligen) optimerar upplösningen (med i genomsnitt 60 linjepar per mm), SNR får upp till 10-poäng jämfört med ett 2-generationsrör och känsligheten ändras till 400-800 μA / lm (för en känslighet av 500-600 μA / lm för 2 generation och dess S25 fotokatod). 2 + generationsrör med kvalitetskomponenter är betydligt närmare 3-generationsrör.

  • Definition: från 45 till 73 par linjer per mm
  • Genomsnittlig livslängd: cirka 10000 timmar
  • Fotokatod: S25
  • Intensifiering: ca 20000x - kräver låg restnivå
  • Genomsnittspris: från 900 till 2500 euro - beroende på vilken typ av teleskop (monokulär, kikare, kikarsikte, med eller utan förstoring etc.)
  • FOM (Figure Of Merite): från 810 till 2044 (teoretiskt - i själva verket snarare 1800 maximalt)

Generation 3 (och 3-standardiserad Omni-VII)

Integrationen av fotokatoden tillverkad av galliumarsenid (förbättrar känsligheten för det långt infraröda området men är mer "ömtålig" än fotokatoderna av S25-typ) och en belagd MCP av "andra generationen" en filterfilm (som skyddar katoden från joner) - detta minskar antalet genererade elektroner och ökar halo som visualiseras runt ljuspunkterna - möjliggör en ökning av rörets livslängd (upp till 20000 XNUMX timmar) och a amplifiering av restljus från 30 till 50000x. Bildens renhet och återgivning av detaljer är ungefär 3 gånger bättre än ett generation 2-rör men ditt öga kommer inte att vara känsligt för denna optimering (eller på ett reducerat sätt); Å andra sidan gör den exceptionella känsligheten för ljusstyrka att du kan använda glasögonen i mycket försämrade kvarvarande ljusförhållanden. Funktionen “AUTO GATED” kommer att skydda röret från oavsiktlig exponering för aggressiv och plötslig belysning samtidigt som bilden återges - vilket är viktigt för en stridsoperatör som utan AUTO GATED kan bländas. genom plötsliga startar, explosioner, bränder ...

3 Generation Standard Standardiserad Omni (Level VII) Generation Tub förbättrar förstärkt MCP med en tunnfilmfilm än på ett konventionellt 3-generationsrör (samtidigt som elementen i en rör 3i-generation bibehålls). Denna förändring - vilket ger rörets livstid tillbaka till cirka 15000 timmar - ökar drastiskt bilddefinitionen och återgivning, upplösning och kontrastnivå. Vanligtvis reserverad för militär användning, med en förstärkning förstärkning från 80 till 120000x (teoretisk - men det är fortfarande riktigt imponerande).

Det bör noteras att vissa tillverkare erbjuder P43-fosforrör som erbjuder en "svartvitt" eller till och med "blåaktig" rendering för en bättre bild av kontrasterna och detaljerna i bilden.

Det bör noteras att, beroende på den amerikanska standardiseringsnivån omni (från nivå II till VII), kommer filterfilmen från MCP att göra en mer eller mindre klar och detaljerad bild. Några 3-generationsrör erbjuds utan film (filmlös). Bildens återgivning förbättras avsevärt, men rörets livslängd förkortas självklart. 

  • Definition: från 57 till 73 par linjer per mm
  • Genomsnittlig livslängd: 20000 15000 till XNUMX XNUMX timmar
  • Fotokatod: galliumarsenid
  • Intensivering: från 30 till 120000 x (mycket teoretiskt) - kräver en mycket låg återstående ljusnivå
  • Genomsnittspris: från 2300 till 6000 euro - beroende på typ av omfång (monokulär, kikare, geväromfång, med eller utan förstoring etc.) och de komponenter som används
  • FOM (Figur av Merite): från 1400 till över 2000

För montering på vapen, kommer att behöva göra valet av en FÖNSTER TILL motstå en ship som är kapabel TUBE minskar i CLASS destinations VAPEN - detta för att skydda TUBE LIV OCH bildåtergivning. OM I DUBBEL KONTAKTA OSS.

Det speciella fallet med digital nattsyn

En teknik som är identisk med den som används i din kamera, dina digitala övervakningskameror, din webbkamera eller din digitalkamera: en CCD eller CMOS modifierad för att vara känslig inte för det synliga spektrumet utan för det infraröda spektrumet och omvandlas till en digital signal . Den digitala signalen förstärks och överförs sedan till LCD-skärmen där du visar bilden. Frånvaron av en fosforskärm tar bort den svarta och gröna rendering för att göra en svartvitt bild.

Precis som ett 1-generationsrör kan ett digitalt nattvisselteleskop endast förstärka återstående ljus utan integrering av en PCM. Faktum är att du behöver antingen ett betydande återstående ljus (fullmåne ...) eller (till exempel en säkerhetskamera till exempel) IR-dioder eller en IR-fackla. Det är viktigt att notera att eventuell infraröd emission är detekterbar. Det är dumt att vara en sniper sköt på grund av sådana misstag.

Förstärkningen kommer att vara identisk (eller ännu större) med ett "1+" generation rör (dvs. 1000x) med bättre bildåtergivning - särskilt på grund av frånvaron av förvrängning på dess kanter.

Dess avgörande fördel är att självklart försvinner de begränsningar som rör rören. Du kan använda teleskopet utan risk, varken för dina ögon eller för enheten. Det blir mycket enklare att utnyttja alla fördelar med en digitalkamera (inspelning av bilder eller videoklipp, integration av en mätare, en barometer ...).

Denna typ av produkt är perfekt för "fritids" användning eller för att säkra områden med "låga" vaksamhetsnivåer och i strid med låg intensitet. IT KOMMER ATT UNDVIKA KOMBAT MED ATT FÖRA PROFESSIONELLA OCH UTSTÄLLDA SOLDATARE.

VAD KOMMER Ihåg att välja dina nattvisionsglasögon:

  • Enkel logik: den investering som gjorts måste vara relaterad till det kommande uppdraget
  • Varje rör har en hållbarhet - så en professionell användning måste införliva en tröskel för förnyelse av en enhet
  • När det är möjligt, försök att välja ett teleskop som är mångsidigt (handanvändbart, vilket monteras på en hjälm och på ett vapen, till exempel) - förutom mycket specifika användningsområden (sniper ...)
  • Bestäm det övergripande kvaliteten på ett teleskop tack vare dess FOM (figur av merit) - se ordlistan nedan för att förstå formeln

ORDLISTA "NOCTURNAL VISION"

  • Automatisk ljusstyrkekontroll (ABC):

Automatisk ljusstyrkekontroll (tillåter modulering av spänningen överförd på MCP beroende på intensiteten hos återstående ljusstyrka).

  • Auto Gating (ATG):

Ger kontroll över spänningen överförd till fotokatoden (och reducerar eller avbryter cykeln) vid exponering för aggressiv ljusstyrka (nattskytte, eld, blixt, offentlig belysning, halo rensad av zoner urban ...). Denna funktion bevarar din syn på detaljer i intensivt ljus och säkrar fotokatoden (som kan vara permanent nedbruten utan denna funktion). Användbar, till och med nödvändig, för flygplanflygare - särskilt vid låg höjd - specialstyrkor och insatser i stadsområden.

  • lp / mm (par av linjer per millimeter):

Enhet som används för att mäta upplösningen för bildförstärkaren. Bestäms vanligtvis från ett 1951 amerikanskt luftvapenupplösningseffektstestmål. Målet är en serie mönster i olika storlekar som består av tre horisontella linjer och tre vertikala linjer. En användare ska kunna skilja alla horisontella och vertikala linjer och mellanrummen mellan dem.

  • scintillation:

Slumpmässig och lysande effekt i hela bildområdet. Scintillation, ibland kallad "videoljud", är en normal egenskap hos mikrokanalplattbildsförstärkare och är mer uttalad i svagt ljus.

  • Signal-brusförhållande (SNR):

Förhållandet mellan signalamplitud och brusamplitud. Om bruset (se definition av ”flimmer”) är lika starkt och stort som den intensifierade bilden, kan du inte se bilden. Signal / brusförhållandet ändras med ljusnivån eftersom bruset förblir konstant men signalen ökar (högre ljusnivåer). Ju högre SNR, desto bättre presterar enheten i en “mörk” miljö - med låg restljus.

  • μA / lm (Microamperes by Lumen):

Mätning av den elektriska strömmen (μA) som produceras av en fotokatod när den utsätts för en uppmätt mängd ljus (lumen).

  • upplösning:

Förmågan hos en bildförstärkare eller ett mörkerseende-system att urskilja detaljer i din omgivning. Bildförstärkarrörets upplösning mäts i par linjer per millimeter (lp / mm) medan systemets upplösning mäts i cykler per milliradian. För vilket nattsynsystem som helst med förstoring 1, förblir rörupplösningen konstant medan upplösningen på ett annat teleskop kan påverkas genom att ändra okularets fokus och förstoring och lägga till förstoringsfilter eller "relä" -linser. Ofta är upplösningen i samma nattsynapparat väldigt annorlunda när den mäts i mitten av bilden och vid bildens periferi. Detta är särskilt viktigt för kameror som väljs för fotografering eller video där upplösningen av hela bilden är viktig.

  • MCP (Microchannel Plate):

Den berömda "skivan" av mikrokanaler som multiplicerar elektronerna som produceras av fotokatoden. En MCP finns endast i Gen 2 och Gen 3. MCP eliminerar distorsionsegenskaperna hos Gen 0 och Gen 1 system. Antalet "hål" (mikrokanaler) i en MCP är en viktig faktor för att bestämma upplösningen.

  • Figur av merit (FOM):

Om det finns en sak att ta bort från det här blogginlägget är det här! FOM bestäms enligt följande: upplösning (parlinjer per millimeter) x signal till brus. Det är på detta kriterium som du kommer att bestämma "kvaliteten" på dina glasögon.

Håll dig som alltid säker och välsignad!

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte att publiceras. Obligatoriska fält är markerade *

Du kan använda dessa html taggar och attribut: