Vize je nejdůležitějším způsobem, jak vnímat realitu. Vizuálně získáváme většinu informací o vnějším světě. Naše oči jsou překvapivě složitým a dokonalým mechanizmem, který nám předkládá příroda. Ale jejich možnosti jsou bohužel poněkud omezené.
Osoba je schopna vnímat pouze velmi úzký optický rozsah celého spektra elektromagnetického záření (nazývá se také viditelnou částí spektra), navíc oko může vnímat "obraz" pouze v podmínkách dostatečného osvětlení. Například pokud klesne pod úroveň 0,01 luxu, pak ztratíme schopnost rozlišit barvy objektů a můžeme vidět pouze velké objekty, které jsou v blízkosti.
To je dvakrát urážlivé, protože kvůli tomuto rysu naší vize se v temnotě téměř stalo. Člověk vždy záviděl ostatním představitelům zvířecí říše, pro které není noční mlha překážkou: kočky, sovy, vlky, netopýři.
Zejména se toto omezení lidského vidění v armádě nelíbilo. Ale situace byla drasticky změněna teprve v polovině minulého století, kdy se vlivem úspěchů fyziky objevily přístroje nočního vidění, které umožnily vidět v noci téměř tak jasně jako v denním světle.
V současné době jsou zařízení pro noční vidění nejen v armádním arzenálu, jsou využívána s potěšením záchranáři, lovci, bezpečnostní jednotky, speciální služby. A pokud mluvíme o tepelných zobrazovacích zařízeních, seznam jejich použití je ještě širší.
Dnes existuje obrovské množství nejrůznějších typů a typů zařízení pro noční vidění (NVD), které jsou vyrobeny ve formě dalekohledu, mono-brýlí (monokulů), mířidel nebo běžných sklenic. Nicméně předtím, než mluvíme o zařízení zařízení pro noční vidění, měli bychom říci pár slov o fyzických principech, na nichž je založena práce těchto zařízení.
Jak to funguje
Provoz zařízení pro noční vidění a tepelných snímačů je založen na fyzikálních jevech vnitřního a vnějšího fotoelektrického efektu.
Podstatou vnějšího fotoelektrického efektu (nebo emisí fotoelektronů) je to, že pevné tělo vysílá elektrony pod vlivem světla, které zachycují NVD. Základem každého zařízení pro noční vidění je zesilovač obrazu, elektronový optický převodník, který zachycuje slabé odražené světlo, zesiluje ho a přeměňuje na elektronický signál. To je to, co člověk vidí v objektivu zařízení pro noční vidění. Mělo by být zřejmé, že žádné zařízení pro noční vidění není schopno "vidět" v absolutní tmě. Pravda, existují i aktivní zařízení pro noční vidění, které pro osvětlení objektů používají vlastní zdroj infračerveného záření.
Každé zařízení pro noční vidění se skládá ze tří hlavních součástí: optické, elektronické a jiné optické. Světlo je přijímáno objektivem, který je pak zaostřuje na zesilovač obrazu, kde se fotony mění na elektronický signál. Maximální zesílený signál se přenáší na luminiscenční obrazovku, kde se znovu stává obraz známý lidskému oku. Výše uvedený návrh je obecně charakteristický pro každou generaci zařízení pro noční vidění. Moderní systémy nočního vidění (druhé a třetí generace) mají pokročilejší systém zesilování signálu.
Tepelné snímače na druhou stranu zachycují své vlastní záření z jakéhokoliv tělesa nebo objektu, jehož teplota se liší od absolutní nuly. Hlavní částí snímků jsou tzv. Bolometry - komplexní fotodetektory, které zachycují infračervené vlny. Takové senzory jsou citlivé na vlnové délky odpovídající teplotnímu rozsahu od -50 do +500 stupňů Celsia.
Ve skutečnosti mají termální snímače poměrně jednoduchý design. Každé takové zařízení sestává z čočky, tepelné zobrazovací matice a jednotky pro zpracování signálu, stejně jako obrazovky, na které je zobrazen konečný obrázek. Tepelné snímače jsou dva typy: s chlazenou a neochladenou matricí. První jsou nejcitlivější, dražší a masivní. Jejich matrice je ochlazena na teplotu -210 až -170 o C, obvykle pro tento účel používá tekutý dusík. Častěji se používají na velkých vojenských zařízeních (například v jakémkoliv zařízení pro noční vidění tanku).
Termální snímače s neochladenou matricí stojí mnohem méně, mají menší velikost, ale jejich citlivost je mnohem nižší. Většina teplotních snímačů, které jsou na trhu dnes (až 97%), patří do této kategorie.
Jedním z hlavních rysů tepelných snímačů, které z velké části určují jejich vysoké náklady, jsou jejich čočky. Faktem je, že obyčejné sklo používané ve většině optických zařízení je zcela nepropustné pro infračervené záření. Takto vzácné materiály, jako je germanium, se používají pro čočky tepelných snímačů, jejichž tržní cena je asi 2 tisíc dolarů na kg. Průměrná čočka z germania pro tepelný snímač stojí asi 7 tisíc dolarů a cena dobrého může dosáhnout až 20 tisíc dolarů. Dnes v Rusku i v zahraničí aktivně hledají náhradu za Německo, které teoreticky může snížit náklady na tepelný snímač o 40-50%.
Historie a klasifikace NVD
Klasifikace zařízení pro noční vidění je založena na citlivosti fotokatody, stupni zesílení světla a rozlišení v centru výsledného obrazu. Obvykle existují tři generace NVD. Navíc zařízení pro zrychlení noci s přídavným zdrojem infračerveného záření jsou často označována jako samostatná generace. Na webových stránkách výrobců najdete informace o zařízeních pro noční vidění tzv. Středních generací, jako např. 1+ nebo 2+. Takové stupňování však sleduje více marketingových cílů, než je odrazem skutečných rozdílů.
Zlepšení designu NVD a vznik nových generací těchto zařízení šlo postupně jeden po druhém. Proto je vhodnější posoudit klasifikaci zařízení pro noční vidění společně s historií jejich vývoje.
23. srpna 1914 v blízkosti belgického města Oostende se Němcům podařilo nalézt britskou eskadru sestávající z obrněných křižníků a torpédoborců s pomocí hledačů tepla. A není snadné zjistit - ale také opravit dělostřeleckou palbu s těmito zařízeními, což brání nepřátelským lodím, aby se blížili k důležitému přístavu. Předpokládá se, že od té chvíle začala historie zařízení pro noční vidění.
V roce 1934 došlo k reálnému průlomu v této oblasti: Holanďan Holst vytvořil první elektronový optický převodník na světě (EOC). O dva roky později vyvíjel ruský expatér Zvorykin zesilovač obrazu s elektrostatickým zaměřováním signálu, který se později stal "srdcem" prvního komerčního zařízení pro noční vidění americké společnosti Radio Corporation of America.
Dobou rychlého rozvoje NVD byla druhá světová válka. Lídrem v jejich vývoji a uplatnění bylo Hitlerovo Německo. První prototyp nočního vidění byl vytvořen německou společností Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) v roce 1936 a byl určen k instalaci na protitankové zbraně Pak 35/36 L / 45.
Do roku 1944 by německé protiraketové zbraně Pak 40 mohly vypálit zařízením pro noční vidění ve vzdálenosti až 700 metrů. Přibližně ve stejnou dobu dostaly Wehrmachtovy tankové síly zařízení pro noční vidění Sperber FG 1250, pomocí něhož se uskutečnila poslední velká německá ofenzíva na východním frontu poblíž maďarského jezera Balaton.
Všechna výše uvedená zařízení pro noční vidění patří k tzv. Nulové generaci. Taková zařízení byla velmi citlivá, takže pro jejich normální provoz byl zapotřebí další zdroj infračerveného světla. Například každých pět německých tanků vybavených Sperber FG 1250 doprovázených obrněným personálním nosičem s výkonným infračerveným lokalizátorem Uhu ("Filin"). Navíc PNV s nulovou generací měly zesilovač obrazu citlivý na jasné záblesky světla. Proto na konci války sovětští vojáci často používali konvenční světlomety v ofenzívech. Oni jednoduše oslepili německou PNV.
Němci se pokoušeli vytvořit zařízení pro noční vidění, které by poskytovaly větší vidění (až 4 km), ale kvůli značné velikosti infračerveného iluminátoru byly opuštěny. V roce 1944 byla experimentální dávka (300 ks) z Vampiru PNV vyslána k vojákům, určeným k instalaci na německé střelce Sturmgever. Vedle samotného zraku se jednalo o infračervený iluminátor a dobíjecí baterii. Celková hmotnost zařízení přesáhla 30 kg, rozsah - 100 metrů a doba jeho provozu byla pouze 20 minut. Navzdory těmto poněkud skromným postojům Němci v nočních bitvách v závěrečné fázi války aktivně používali "upíra".
Pokusy o vytvoření nulové generace NVD byly v Sovětském svazu. Již před válkou byl komplex Dudka vyvinut pro rodinu tanků BT, později podobný systém pro T-34. Můžete také vyvolat domácí zařízení pro noční vidění Ts-3, které bylo vyvinuto pro samopaly PPSh-41. Podobné zbraně byly plánovány na vybavení agresních jednotek. Nicméně, NVD nebyl rozšířen v Rudé armádě. V té době byla zařízení pro noční vidění stále exotická a Sovětský svaz během druhé světové války rozhodně nebyl na tom.
Zkušenosti z druhé světové války ukázaly, že zařízení pro noční vidění mají vynikající vyhlídky. Zjistilo se, že tato technologie může vážně změnit způsob provádění bojových operací nejen na zemi, ale také ve vzduchu a na moři. Ovšem NVD s nulovou generací se musel zbavit velkého počtu inherentních nedostatků, z nichž hlavní byla jejich nízká citlivost. Nejenže omezil rozsah NVD, ale také nucen používat s tímto zařízením objemné a velmi energeticky náročné IR iluminátor. Celkově byl návrh prvních zařízení pro noční vidění příliš komplikovaný a nebyl dostatečně spolehlivý.
Brzy se zařízení první generace založená na elektro-optoelektrochemických trubkách s elektrostatickým zaostřováním nahradila primitivní zařízení pro noční vidění z období vojenského. Mohli zesilovat vstupní signál několik tisíckrát. To zase umožnilo odmítnout dodatečné osvětlení. IR iluminátory zbytečně zbytečně zhoršily systém, ale také demaskovaly bojovníka na bojišti. Vrchol jejich dokonalosti první generace NVG dosáhl 60. let minulého století, Američané je aktivně využívali během války ve Vietnamu.
Druhá generace zařízení pro noční vidění se objevila v důsledku vzniku revoluční mikrokanálové technologie, k níž došlo v 70. letech. Podstatou toho bylo, že nyní byly optické destičky zakousnuty dutými kanálkovými trubkami o průměru 10 μm a délkou nejvýše 1 mm. Jejich počet určoval rozlišení světlovodné desky. Foton světla, který spadá do každého z těchto kanálů, způsobí, že je třeba vyrazit celou kaskádu elektronů, což značně zvýšilo citlivost zařízení. Pro druhou generaci NVG může zisk dosáhnout 40 tisíckrát. Jejich citlivost je 240-400 mA / lm a rozlišení - 32-56 řádků / mm.
V Sovětském svazu byly brýle na noční vidění "Quaker" vytvořeny na základě této technologie av USA - AN / PVS-5B.
Později se objevila zařízení pro noční vidění, v nichž elektrostatická čočka chybí úplně a dochází k přímému přenosu elektronů na mikrokanálovou desku. Taková zařízení pro noční vidění se obvykle označují jako generace 2+. Na základě takového schématu byly vyrobeny domácí brýle "Eyecup" nebo jejich americký analog AN / PVS-7.
Další úsilí vědců o zlepšení zařízení pro noční vidění bylo zaměřeno na zlepšení fotokatody. Inženýři společnosti Philips nabízejí, že z ní vyrobí nový polovodičový materiál - arsenid gallium.
Tak se objevila zařízení pro noční vidění třetí generace. Ve srovnání s tradičními multialkalickými fotokatody se jejich citlivost zvýšila o 30%, což umožnilo provádět pozorování i v noci bez mraků. Jediným problémem bylo, že nový materiál mohl být vyroben pouze v podmínkách vysokého vakua a tento postup se ukázal jako velmi namáhavý. Náklady na takovou fotokatozi se proto ukázaly být řádově vyšší než náklady jejích předchůdců. současně třetí generace NVG může zesilovat příchozí světlo o 100 tisíckrát. Můžete také dodat, že pouze dvě země mohou vyrábět arsenid gallium v průmyslovém měřítku - ve Spojených státech av Rusku.
Pokud vidíte informace o prodeji IVG IVG někde, pamatujte: s největší pravděpodobností jste podvedeni. Dosud neexistuje, není ani jasné, jaké kritéria je třeba použít k určení této skupiny. Přestože výzkumy zaměřené na zlepšení stávajících "nočních světel" jsou samozřejmě prováděny v desítkách zemí po celém světě. Pro tepelné snímače hledají rozpočet na výměnu skla z Německa, hlavním problémem přístrojů pro noční vidění je hledání levnějšího analogu fotokatodů arsenidu gallium. Počátkem roku 2000 Američané oznámili vytvoření nové generace NVG, ale někteří experti se domnívají, že to může být spíše nazýváno 3 generace.
Aplikace a perspektivy
Zařízení, která umožňují osobě vidět v noci, se každým rokem stávají stále populárnějšími a najdou nové oblasti použití. Moderní "civilní" zařízení pro noční vidění mají dostupnou cenu, takže si je mohou dovolit lovci, bezpečnostní struktury a další kategorie občanů, kteří potřebují noční vidění.
Nejzajímavější je, že dnes jsou na trhu přítomna všechna tři generace zařízení pro noční vidění. Mnoho zařízení pro noční vidění patří k první generaci nebo dokonce k nule a má IR osvětlení, což je absolutně nepřijatelné pro vojenské NVG. Na "občana" se také používají zařízení třetí generace (mohou být vidět i v suterénu). Technologie, které se používají k jejich vytváření, nebyly dlouhou dobu tajné, pouze zařízení jsou velmi drahá. Rozsah NVD lze také vytvářet pomocí prvků různých generací.
Používání termálních snímačů také dlouho přestalo být výhradním výsadou armády. Kromě lovu a pozorování ve tmě se podobné přístroje stále více využívají ve vědeckém výzkumu. S pomocí například například kontrolují kosmickou loď před spuštěním: imager dokonale ukazuje různé úniky, které mohou vést k katastrofě. Nepostradatelný tepelný snímač a energie. Toto zařízení může snadno ukázat, kde se nejvíce aktivně vypařuje teplo z budovy, a dovolí také detekci míst s maximálním zatížením v rozvodných sítích. Používají se termické zobrazovače a medicína: podle teplotní mapy lidského těla můžete dokonce provést některé diagnózy. Každým rokem se tato zařízení stávají levnějšími, takže jejich rozsah použití se neustále rozšiřuje.
