Wat is nachtzicht?

Dag en nacht zien, rijden met alle lichten uit of zelfs beweging detecteren buiten het bereik van uw zicht in alle weersomstandigheden? Ja, we zullen het hebben over "nachtzicht" -optieken, definiëren hoe en dankzij welk fysiek principe deze technologie kan bestaan, de werking ervan herzien - met zijn evolutie sinds zijn oprichting, en ten slotte zijn verschillende mogelijke toepassingen (en hun limieten) . Een nachtkijker kopen is per definitie een investering. Het product (telescoop, verrekijker, verrekijker, enz.) moet beantwoorden aan een zo veelzijdig mogelijk gebruik, tegen de beste prijs, met de best mogelijke levensduur.

Welnu, we sluiten vampiers en andere weerwolven uit, dit zijn aparte gevallen. Het menselijk oog bestaat uit twee soorten cellen (de fotoreceptoren die de achterkant van het netvlies bekleden):

• Kegels - om kleuren te onderscheiden

• Sticks - om de helderheid te bepalen

Als het lichtniveau daalt, reageren alleen de staafjes - 1000 keer gevoeliger dan de kegeltjes en het aantal van 92 tot 100 miljoen voor een mens (in vergelijking met de kat die er ongeveer 150 miljoen heeft en die nyctalope is) - reageren. Dit verklaart waarom uw zicht in de "zwart-wit"-modus gaat. Evenzo lijken objecten "wazig" omdat de overdracht van fotoreceptoren naar de oogzenuw minder efficiënt is met de staafjes. Kortom, om het vermogen tot natuurlijk "nachtzicht" te activeren en restlicht binnen te laten, wordt de pupil wijder en "activeert" de staafjes. Maar met een limiet die effectief nachtzicht niet toelaat.

Het gebeurt op atomair niveau! Een atoom (bestaande uit neutronen, protonen en een "wolk" van elektronen - dit is het deel dat ons interesseert - dat in beweging is rond de kern van het atoom) is in eeuwigdurende beweging, zelfs op een lichaam (een object). stevig. Afhankelijk van het niveau van excitatie (volgens de energie die erop wordt toegepast - en die het absorbeert, zoals warmte bijvoorbeeld) zullen zijn elektronen overgaan van een "passieve" toestand naar een "opgewonden" toestand. kern om een ​​baan met meer energie te bereiken. De aangeslagen elektronen (die meer energie krijgen dan hun capaciteiten) zullen na een bepaalde tijd terugkeren naar hun "natuurlijke" baan rond de kern. Deze "sprong" tussen twee banen zal een elektromagnetische storing (straling) veroorzaken en deze overtollige energie "loslaten" (die gelijk zal zijn aan de geabsorbeerde energie) in de vorm van fotonen (en een elektromagnetische golf - volgens het golfprincipe -deeltjes dualiteit). Deze release, in de vorm van EN-golven van fotonen, wordt daarom gekwantificeerd door het elektromagnetische spectrum (om het simpel te houden zullen we het uitdrukken in een metrisch stelsel).

• HET INFRARODE GOLFBEREIK VERSPREIDT VAN 0,7 tot 100 m
• HET ZICHTBARE GOLFBEREIK IS VAN 0,38 tot 0,7 m
• WE GAAN OP GAMMA, X, ULTRAVIOLET en RADIO STRALEN, geen interesse hier

Wat ons interesseert voor de technologie die wordt gebruikt in nachtzicht en thermisch, is het infraroodgolfbereik, onderverdeeld (door het CIE-systeem) in 4 spectrale banden:

• Bijna infrarood: van 7 µm tot 1,6 µm
• Gemiddeld infrarood: van 1,6 µm tot 4 µm
• Thermisch infrarood: van 4 µm tot 15 µm
• Ver infrarood: van 15 µm tot 100 µm

Het is dankzij deze verschillende golfbereiken dat uw afstandsbediening, uw LED-lamp, raketgeleiding, thermische camera's, lasers... en een hele reeks andere toepassingen werken!

 Het elektromagnetische spectrum

Wat is restlicht?

Absoluut essentieel voor de werking van uw bril (zonder restlicht - en dus zonder fotonen, geen nachtzicht mogelijk), uitgestraald door de zon, de maan, de sterren - en alle lichtbronnen in stedelijke gebieden (openbare verlichting, koplampen van voertuigen , lichtborden) die een lichtgevende halo vormen over een groot gebied - restlicht is de verzameling fotonen die dag en nacht door de ruimte dwalen waarin u zich bevindt (met de snelheid van het licht van elders). Door dit licht te versterken ('s nachts natuurlijk voor nachtzicht) met een fotokathode en een fosforescerend scherm, zullen we een beeld herstellen (van min of meer goede kwaliteit afhankelijk van de "generatie" van de buis die de fotokathode bevat).

Nu dat het fysieke principe waarmee "nachtzicht"-technologie is geïnstalleerd, kunnen we uitleggen hoe het werkt!

Hoe werkt een nachtkijker?

Zoals hierboven te zien is, is het basisprincipe (voor een passieve operatiebril) om het restlicht zoveel mogelijk te versterken om een ​​beeld met de beste definitie en de best mogelijke helderheid weer te geven. Ik zal alleen snel (en in het hoofdstuk "infraroodlamp) de exploitatie van infrarood op een actieve manier aanpakken, aangezien deze technologie potentieel een gevaar vormt bij tactisch gebruik.

1. Een lens (aan de voorkant van de telescoop) vangt zowel het restlicht als een deel van het nabij-infraroodspectrum op en stuurt dit naar de elektronenbuis (een fotomultiplier).

2. Het licht (de fotonen) dat door de fotomultiplier gaat, valt op een fotokathode en genereert zo elektronen door een foto-elektrisch effect.

3. De elektronen worden geprojecteerd naar een wafel - gepolariseerd door elektroden - van microkanalen, de MCP (die wordt beschouwd als een fotomultiplicatorwafel). Zo gebouwd om de botsing te vergemakkelijken (elk microkanaal is georiënteerd in een min of meer belangrijke hoek - van 5 tot 8 °) en om "ruis" te verminderen. Wanneer de initiële elektronen de microkanalen binnenkomen, raken ze hun wanden en veroorzaken de emissie van andere elektronen, die, door het versterkingseffect, op hun beurt de wanden van de microkanalen zullen treffen, waardoor andere elektronen worden gecreëerd.

4. De elektronen (nu enkele duizenden) zullen door een fosforescerend scherm gaan. Dankzij de verkregen kinetische energie worden de elektronen (die de structuur van de oorspronkelijke fotonen hebben behouden – wat de restitutie van het beeld mogelijk zal maken) zal de fosforatomen aanslaan ... die fotonen zullen vrijgeven. Dit licht dat door een lens wordt teruggestuurd, vormt het uiteindelijke beeld - dat u "in groen" visualiseert vanwege de eigenschappen van de fosfor. De lens moet focus (en mogelijk vergroting) mogelijk maken voor de best mogelijke kwaliteit.

1. Opgemerkt moet worden dat het zicht "in groen" te wijten is aan de keuze door de fabrikant van een specifieke fosfor - het menselijk oog is gevoeliger voor groen, dit was de oplossing voor een (min of meer) optimaal contrast met a. gecontroleerde kosten.

De schematische werking van een nachtkijker (minstens generatie 2)

Dus waarom zijn er verschillende "kwaliteiten" van nachtkijkers?

Zoals bij elke menselijke uitvinding, zullen we voortdurend proberen de capaciteit van een technologie te verbeteren. Door middel van natuurkunde, biologie of scheikunde, door door gebruikers gerapporteerde ervaringen, en eenvoudigweg door middel van een productiecapaciteit van onderdelen die verbetert met de komst van verwante technologieën.

In het geval van nachtzicht was de verbetering vooral mogelijk:

• Verbetering van de fotokathode en zijn gevoeligheid (via buisgeneraties 2 en 3)
  • Dit zijn de opvolgers van de S1, S20, S25 fotokathoden en galliumarsenide (GaAs) fotokathoden - die de gevoeligheid in het zichtbare en nabij-infrarood spectrale bereik verbeteren.

• Inbrengen van de microkanaalwafel (vanaf generatie 2)
  • Hierdoor zal het mogelijk zijn om een ​​veel grotere hoeveelheid elektronen te genereren (vergeleken met generatie 1) en daardoor de versterking en de kwaliteit van de beeldweergave te verbeteren.
  • Op een generatie 3 buis is een ionenfilterfilm aangebracht (om de kathode te beschermen tegen blootstelling aan een ongewenste lichtbron). Dit vermindert het aantal gegenereerde elektronen en vergroot de halo die zichtbaar is op lichtpunten. Omgekeerd verbetert de film de levensduur van de buis aanzienlijk.
  • Op een generatie 3 buis die voldoet aan de OMNI-V - VII-normen, de integratie van een fijner ionenfilter - verbetering van SNR en lichtgevoeligheid - ten koste van de levensduur

• De "AUTOGATED"-functie (vanaf generatie 3)
  • Deze functie regelt op een extreem snelle manier (in de orde van een milliseconde) de toevoer van de buis. Zodra de buis wordt blootgesteld aan een "agressieve" lichtbron, wordt de stroomtoevoer direct onderbroken, waardoor de buis en zijn levensduur behouden blijven.

• De resolutie (gedefinieerd door meting in lijnparen per mm)
  • Samenvattend – en heel beknopt – verbetert het uw visualisatie van fijne details

• SNR verbeteren (Signaalruis-radio)
  • Het is de verhouding tussen de spanning van het signaal (het elektrische signaal uit je buis) en die van de ruis die het genereert. Eigenlijk de “sneeuw” (Scintillatie) die in de afbeelding verschijnt. Het verschil tussen een generatie 1- en 3-buis is duidelijk.

De verschillende generaties buizen

De beeldweergave van de verschillende generaties buizen (de term “generatie 4” wordt verkeerd gebruikt en komt overeen met de gestandaardiseerde generatie 3) Omni-VII)

De 0-generatie

In 1929 vestigde de Hongaarse natuurkundige Kálmán Tihanyi het principe van nachtzicht (ten behoeve van het Britse leger). Vanaf 1935 ontwikkelt een Duitse firma (AEG - die vandaag de dag nog steeds bestaat) nachtzichttechnologie, parallel met de VS. Tijdens de Tweede Wereldoorlog zullen deze twee landen in de strijd gebruik maken van de capaciteiten van het nachtzicht, zowel op gepantserde voertuigen als op lichte wapens. De VS zullen het concept ontwikkelen en het operationele gebruik ervan tijdens de Koreaanse Oorlog voortzetten. De gebruikte technologie is actief - het projecteert een brede infraroodstraal

Generatie 1 (en 1+)

Nog steeds de meest gebruikte over de hele wereld vandaag! Ontwikkeld in de jaren 60 en geëxploiteerd tijdens de oorlog in Vietnam door de VS, exploiteert het de eerste "passieve" buis met intensivering van het licht met een S20-fotokathode (voor een versterking van ongeveer x1000). Het beeld is helder en biedt een goed contrast in het midden van het beeld, met vervorming aan de randen en een SNR die storing - "sneeuw" - op het weergegeven beeld veroorzaakt. De generatie 1-buizen die momenteel door fabrikanten worden aangeboden, zijn meestal afkomstig uit voorraden in de voormalige Sovjet-Unie - wat vrij positief is. De levensduur van deze buis zal ongeveer 4000 uur (min of meer) actief gebruik zijn et het gebruik ervan is alleen mogelijk bij een hoog restlichtniveau (maan zichtbaar), behalve bij gebruik van een IR-zaklamp in combinatie met de telescoop.

De zogenaamde generatie "1+" buis is niets meer dan een generatie 1 buis die is verbeterd om een ​​betere beeldkwaliteit te bieden (Armasight Core of Pulsar Edge) met een geoptimaliseerde resolutie.

• Definitie: van 35 tot 60 paar lijnen per mm
• Gemiddelde levensduur: ongeveer 4000 uur
• Fotokathode: S20
• Intensivering: ongeveer 1000x – vereist een hoog restlichtniveau
• Gemiddelde prijs: van 150 tot 700 euro – afhankelijk van het type richtkijker (monoculair, binoculair, richtkijker, met of zonder vergroting, enz.)

Generatie 2 (en 2+)

Deze tweede generatie introduceert de MCP (de microkanaalwafer) en een S25-fotokathode, voor een versterkingsversterking tot 20000x, een significante verbetering in SNR, resolutie (minimaal 45 lijnparen per mm) en gevoeligheid voor helderheid - de toevoeging van een IR-zaklamp is niet langer nodig en het restlichtniveau zal veel lager moeten zijn voor een beeldweergave die superieur is aan generatie 1. Het fosforscherm kan (volgens de fabrikant) een fosfor gebruiken dat het contrast van het groen verbetert " kleur” en geeft daardoor een beter detailniveau.

De zogenaamde "2+" generatiebuis optimaliseert (echt) de resolutie (met een gemiddelde van 60 lijnparen per mm), de SNR krijgt tot 10 punten in vergelijking met een generatie 2-buis en de gevoeligheid neemt toe tot 400-800 µA/lm (voor een gevoeligheid van 500-600 µA/lm voor generatie 2 en zijn S25-fotokathode). Een generatie 2+ buis met kwaliteitscomponenten is aanzienlijk vergelijkbaar met generatie 3 buizen.

• Definitie: van 45 tot 73 paar lijnen per mm
• Gemiddelde levensduur: ongeveer 10000 uur
• Fotokathode: S25
• Intensivering: ongeveer 20000x – vereist een laag restlichtniveau
• Gemiddelde prijs: van 900 tot 2500 euro – afhankelijk van het type richtkijker (monoculair, binoculair, richtkijker, met of zonder vergroting, enz.)
• FOM (Figuur Van Verdienste): van 810 tot 2044 (theoretisch - in werkelijkheid eerder 1800 maximum)

Generatie 3 (en 3 gestandaardiseerde Omni-VII)

De integratie van de fotokathode gemaakt van galliumarsenide (verbetert de gevoeligheid voor het verre infraroodbereik maar is "fragieler" dan de fotokathodes van het type S25) en van een gecoate "tweede generatie" MCP, een filterfilm (die de kathode beschermt tegen ionen ) - dit vermindert het aantal gegenereerde elektronen en vergroot de gevisualiseerde halo rond de lichtpunten - zorgt voor een langere levensduur van de buis (tot 20000 uur) en een versterking van restlicht van 30 naar 50000x. De zuiverheid van het beeld en de weergave van details zijn ongeveer 3x beter dan een generatie 2 buis maar je oog zal niet gevoelig zijn voor deze optimalisatie (of in beperkte mate); Aan de andere kant stelt de uitzonderlijke gevoeligheid voor lichtsterkte u in staat om de bril te gebruiken in zeer gedegradeerde restlichtomstandigheden. De "AUTO GATED"-functie beschermt de buis tegen onbedoelde blootstelling aan agressieve en plotselinge verlichting, terwijl de weergave van het beeld behouden blijft - wat essentieel is voor een operator in een gevecht die zonder de AUTO GATED verblind zou kunnen worden door plotselinge starts, explosies, branden ...

Generatie 3-buis gestandaardiseerd door Amerikaanse militaire standaard Omni (niveau VII) verbetert voornamelijk MCP met een filterfilm dunner dan op een conventionele generatie 3 buis (met behoud van de elementen van een 3e generatie buis). Deze aanpassing - die de levensduur van de buis verkort tot ongeveer 15000 uur - zal de definitie en weergave van het beeld, de resolutie en het contrastniveau drastisch verhogen. Meestal gereserveerd voor militair gebruik, met een versterkingswinst van 80 tot 120000x (theoretisch - maar het is nog steeds echt indrukwekkend).

Opgemerkt moet worden dat sommige fabrikanten P43-fosforbuizen aanbieden die een "zwart-wit" of zelfs "blauwachtige" weergave bieden voor een beter zicht op de contrasten en details in het beeld.

Opgemerkt moet worden dat afhankelijk van het niveau van Amerikaanse omni-standaardisatie (van niveau II tot VII) de filterfilm van de MCP een beeld meer of minder scherp en gedetailleerd zal weergeven. Sommige generatie 3 buizen worden aangeboden zonder film (filmloos). De weergave van het beeld is duidelijk verbeterd, maar de levensduur van de buis is duidelijk verkort. 

• Definitie: van 57 tot 73 paar lijnen per mm
• Gemiddelde levensduur: Van 20000 tot 15000 uur
• Fotokathode: galliumarsenide
• Intensivering: van 30 tot 120000x (heel theoretisch) - vereist een zeer laag restlichtniveau
• Gemiddelde prijs: van 2300 tot 6000 euro - afhankelijk van het type telescoop (monoculair, verrekijker, richtkijker, met of zonder vergroting, enz.) en de gebruikte componenten
• FOM (Figuur van Verdienste): van 1400 tot meer dan 2000

VOOR MONTAGE OP EEN WAPEN MOET HET NOODZAKELIJK ZIJN OM EEN TOEPASSINGSGEBIED TE KIEZEN DAT EEN BUIS INBOUWT DIE DE TERUGSLAG VAN HET KALIBER VAN HET BESTEMMINGSWAPEN KAN BLIJVEN - DIT OM DE LEVENSDUUR VAN DE BUIS EN DE RENDERING VAN DE BEELD TE BEHOUDEN. BIJ TWIJFEL CONTACT MET ONS OP.

Het bijzondere geval van digitaal nachtzicht

Een technologie die identiek is aan de technologie die wordt gebruikt in uw camera, uw digitale bewakingscamera's, uw webcam of uw digitale camera: een CCD of CMOS die is aangepast om niet gevoelig te zijn voor het zichtbare spectrum, maar voor het infraroodspectrum en wordt omgezet in een digitaal signaal. Het digitale signaal wordt versterkt en vervolgens verzonden naar het LCD-scherm waar u het beeld bekijkt. De afwezigheid van een fosforscherm verwijdert de zwarte en groene weergave om een ​​afbeelding in zwart-wit weer te geven.

Net als een Generatie 1 buis kan een digitale nachtkijker alleen restlicht versterken, zonder de integratie van een MCP. In feite heb je ofwel een flink restlicht nodig (volle maan...) of (zoals een beveiligingscamera bijvoorbeeld) IR-diodes, of een IR-zaklamp. Het is essentieel op te merken dat elke infraroodemissie detecteerbaar is. Het is stom om een ​​neergehaalde sluipschutter te zijn vanwege dat soort fouten.

De versterking zal identiek (of zelfs groter) zijn aan een buis van generatie "1+" (dwz 1000x) met een betere beeldweergave - met name door de afwezigheid van vervorming aan de randen van deze.

Het meest beslissende voordeel is dat de beperkingen die aan de buizen zijn verbonden duidelijk verdwijnen. U kunt de dagbril gebruiken zonder enig risico voor uw ogen of voor het apparaat. Het zal ook veel gemakkelijker zijn om alle voordelen van een digitaal apparaat te benutten (opname van afbeeldingen of video's, integratie van een afstandsmeter, een barometer, enz.).

Dit type product is perfect voor "vrijetijdsgebruik" of voor het beveiligen van gebieden met "lage" waakzaamheid en in gevechten met een lage intensiteit. HET ZAL WORDEN VERMIJDEN IN HET GEVECHT VAN PROFESSIONELE EN UITGERUSTE SOLDATEN.

WAT U MOET ONTHOUDEN OM UW NACHTZICHTBRIL TE KIEZEN:

• Simpele logica: de gedane investering moet gerelateerd zijn aan de komende missie(s)

• Elke tube heeft een levensduur - bij professioneel gebruik moet daarom een ​​drempelwaarde voor het vernieuwen van het apparaat worden opgenomen
  

• Probeer zoveel mogelijk een richtkijker te selecteren die veelzijdig is (met de hand bruikbaar, die bijvoorbeeld op een helm EN op een wapen kan worden gemonteerd) - behalve voor zeer specifieke toepassingen (sluipschutter, enz.)

• Bepaal de algehele kwaliteit van een spektakel met behulp van de FOM (Figuur van Verdienste) - zie de woordenlijst hieronder om de formule te begrijpen

"NACHTZICHT" WOORDENLIJST

• Automatische helderheidsregeling (ABC):

Automatische helderheidsregeling (maakt modulatie mogelijk van de spanning die naar de MCP wordt gestuurd in overeenstemming met de intensiteit van de resterende helderheid).

• Automatische poorten (ATG):

Maakt het mogelijk om de spanning te regelen die naar de fotokathode wordt gestuurd (en om de cyclus te verminderen of te onderbreken) tijdens blootstelling aan agressief licht (nachtopnamen, vuur, bliksem, openbare verlichting, halo die vrijkomt in stedelijke gebieden ...). Deze functie behoudt uw zicht op details in een omgeving met intens licht en beveiligt de fotokathode (die zonder deze functie permanent zou kunnen worden aangetast). Nuttig, zelfs essentieel, voor vliegtuigpiloten - vooral op lage hoogte - speciale troepen en interventies in stedelijke gebieden.

• lp/mm (lijnparen per millimeter):

Eenheid die wordt gebruikt om de resolutie van de beeldversterker te meten. Meestal bepaald op basis van een resolutievermogenstestdoel van de US Air Force uit 1951. Het doel is een reeks patronen van verschillende grootte, bestaande uit drie horizontale lijnen en drie verticale lijnen. Een gebruiker moet alle horizontale en verticale lijnen en de ruimtes ertussen kunnen onderscheiden.

• Scintillatie:

Willekeurig en glanzend effect in het hele beeldgebied. Scintillatie, ook wel "videoruis" genoemd, is een normaal kenmerk van beeldversterkers met microkanaalplaten en is meer uitgesproken bij weinig licht.

• Signaal-ruisverhouding (SNR):

Verhouding tussen signaalamplitude en ruisamplitude. Als de ruis (zie definitie van "flikkeren") even helder en groot is als het versterkte beeld, kun je het beeld niet zien. De signaal-ruisverhouding verandert met het lichtniveau omdat de ruis constant blijft maar het signaal toeneemt (hogere lichtniveaus). Hoe hoger de SNR, hoe beter het apparaat presteert in een "donkere" omgeving - met weinig restlicht.

• μA / lm (microampères per lumen):

Een meting van de elektrische stroom (μA) die wordt geproduceerd door een fotokathode bij blootstelling aan een afgemeten hoeveelheid licht (lumen).

• Resolutie :

Het vermogen van een beeldversterker of nachtzichtsysteem om details van uw omgeving te onderscheiden. De resolutie van de beeldversterkerbuis wordt gemeten in lijnparen per millimeter (lp/mm) terwijl de resolutie van het systeem wordt gemeten in cycli per milliradiaal. Voor elk nachtzichtsysteem met een vergroting van 1 blijft de resolutie van de buis constant terwijl de resolutie van een andere telescoop kan worden beïnvloed door de focus en vergroting van het oculair te veranderen en vergrotingsfilters of "relay" lenzen toe te voegen. Vaak is de resolutie in hetzelfde nachtzichtapparaat heel anders, gemeten in het midden van het beeld en aan de rand van het beeld. Dit is vooral belangrijk voor apparaten die zijn geselecteerd voor fotografie of video waarbij de resolutie van het hele beeld belangrijk is..

• MCP (microkanaalplaat):

De beroemde "wafel" van microkanalen die de door de fotokathode geproduceerde elektronen vermenigvuldigt. Een MCP wordt alleen aangetroffen in systemen van Gen 2 en Gen 3. MCP's elimineren de vervormingskenmerken van Gen 0- en Gen 1-systemen. Het aantal ‘gaten’ (microkanalen) in een MCP is een belangrijke factor bij het bepalen van de resolutie.

• Cijfer van Verdienste (FOM):

Als er maar één ding is dat je moet onthouden van dit blogartikel, dan is het dit wel! De FOM wordt als volgt bepaald: resolutie (paren lijnen per millimeter) x signaal naar ruis. Op basis van dit criterium bepaalt u de "kwaliteit" van de buis van uw telescoop.

Blijf zoals altijd veilig en wees gezegend!