Se dag og natt, kjøre med alle lys av eller til og med oppdage bevegelser utenfor synet i all slags vær? Ja, vi skal snakke om "nattsyn"-optikk, definere hvordan og takket være hvilket fysisk prinsipp denne teknologien kan eksistere, gjennomgå dens drift - med utviklingen siden den ble opprettet, og til slutt dens forskjellige mulige bruksområder (og deres grenser) . Per definisjon er kjøp av en nattsynsbrille en investering. Produktet (briller, kikkerter, kikkerter etc.) skal tilsvare en mest mulig allsidig bruk, til best mulig pris, med best mulig levetid.

Hvorfor kan ikke et menneske se om natten?

Vel, vi ekskluderer vampyrer og andre varulver, dette er spesielle tilfeller. Det menneskelige øyet består av to typer celler (fotoreseptorene på baksiden av netthinnen):

  • Kjegler - for å skille farger

  • Pinner – for å stille inn lysstyrken

Når lysnivået synker, reagerer bare stavene – 1000 ganger mer følsomme enn kjeglene og med tall på 92 til 100 millioner for et menneske (sammenlignet med katten som har rundt 150 millioner og som er nyctalope). Dette forklarer hvorfor synet ditt går i "svart-hvitt"-modus. På samme måte virker objekter "uskarpe" fordi overføringen av fotoreseptorer til synsnerven er mindre effektiv med stenger. I utgangspunktet, for å aktivere evnen til naturlig "nattsyn" og slippe gjenværende lys gjennom, utvider pupillen seg og "aktiverer" stengene. Men med en grense som ikke tillater effektivt nattsyn.

Lysbehandlingscellene i øyet ditt:
lysbehandlingsceller i det menneskelige øyet

Hva er infrarødt?

Det skjer på atomnivå! Et atom (som består av nøytroner, protoner og en "sky" av elektroner - dette er den delen som interesserer oss - som er i bevegelse rundt atomkjernen) er i evig bevegelse, selv på en kropp (en gjenstand) fast . Avhengig av eksitasjonsnivået (avhengig av energien som påføres det - og at det absorberer, som for eksempel varme) vil elektronene gå fra en "passiv" tilstand til en "eksitert" tilstand. og bevege seg bort fra kjernen til bli med i en bane med høyere energi. De eksiterte elektronene (som får en energi som er høyere enn deres kapasitet) vil etter en viss tid slutte seg til deres "naturlige" bane rundt kjernen. Dette "hoppet" mellom to baner vil generere en elektromagnetisk forstyrrelse (en stråling), og "frigjøre" denne overskuddsenergien (som vil være lik den absorberte energien) i form av fotoner (og en elektromagnetisk bølge - i henhold til prinsippet om bølge-partikkel dualitet). Denne utgivelsen, i form av bølger OG fotoner, er derfor kvantifisert av det elektromagnetiske spekteret (for å si det enkelt, vi vil uttrykke det i det metriske systemet).

1 atom, dets kjerne og dets elektroner (sirklene rundt kjernen er de 3 banene som "brukes" av elektronene, avhengig av eksitasjonstilstanden deres)
1 atom og dets elektroner
  • DET INFRARØDE BØLGEOMRÅDET STREKER FRA 0,7 til 100 μm
  • SYNLIG BØLGE OMRÅDE STREKER FRA 0,38 til 0,7 μm
  • VI GIVER VIDERE GAMMA, X, ULTRAVIOLET OG RADIOSTRALER, ingen interesse her

Det som interesserer oss for teknologien som brukes i nattsyn og termisk syn er det infrarøde bølgeområdet, delt inn (av CIE-systemet) i 4 spektralbånd:

  • Den nære infrarøde: fra 7 µm til 1,6 µm
  • Midt infrarød: fra 1,6 µm til 4 µm
  • Termisk infrarød: fra 4 µm til 15 µm
  • langt infrarødt: fra 15 µm til 100 µm

Det er takket være disse forskjellige bølgeområdene at fjernkontrollen din, LED-lampen, missilføringen, termiske kameraer, lasere ... og en hel rekke andre applikasjoner fungerer!

 Det elektromagnetiske spekteret

det elektromagnetiske spekteret

Hva er restlys?

Helt avgjørende for driften av brillene dine (uten gjenværende lys – og derfor uten fotoner, ikke nattsyn mulig), som sendes ut av solen, månen, stjernene – og alle lyskildene som finnes i urbane områder (offentlig belysning , frontlykter , neonskilt) som danner en lysende glorie over et stort område – restlyset er alle fotonene som reiser rundt i rommet der du er (med lysets hastighet andre steder), dag og natt. Det er ved å forsterke dette lyset (selvsagt om natten for nattsyn) ved hjelp av en fotokatode og en fosforescerende skjerm at vi vil gjenopprette et bilde (av mer eller mindre god kvalitet avhengig av "generasjonen" av røret som inneholder fotokatoden).

Nå som det fysiske prinsippet som gjør at "nattsyn"-teknologien er installert, vil vi kunne forklare hvordan det fungerer!

Hvordan fungerer en nattbrille?

Som vist ovenfor, er det grunnleggende prinsippet (for en passivt operert ramme) å forsterke restlyset så mye som mulig for å gjengi et bilde med best mulig definisjon og lysstyrke. Jeg vil bare raskt nærme meg (og i kapittelet "infrarød lommelykt) utnyttelsen av infrarød på en aktiv måte, denne teknologien er potensielt en fare ved taktisk bruk.

  1. En linse (foran på teleskopet) fanger opp restlyset så vel som deler av det nær-infrarøde spekteret og retter disse mot elektronrøret (en fotomultiplikator).
  1. Ved å passere gjennom fotomultiplikatoren treffer lys (fotoner) en fotokatode og genererer dermed elektroner ved fotoelektrisk effekt.
  1. Elektronene projiseres mot en pannekake – polarisert av elektroder – av mikrokanaler, MCP (som regnes for å være en fotomultiplikatorpannekake). Bygget for å lette kollisjon (hver mikrokanal er orientert i en større eller mindre vinkel – fra 5 til 8°) og for å redusere "støy". Når de første elektronene trenger inn i mikrokanalene, treffer de veggene og forårsaker emisjon av andre elektroner, som ved forsterkningseffekt igjen vil treffe veggene til mikrokanalene, og dermed skape andre elektroner.
  1. Elektronene (nå flere tusen) vil passere gjennom en fosforescerende skjerm. Takket være den ervervede kinetiske energien, elektronene (som har beholdt strukturen til de opprinnelige fotonene - noe som vil tillate restitusjon av bildet) vil eksitere fosforatomene ... som vil frigjøre fotoner. Dette lyset gjenopprettet gjennom en linse vil utgjøre det endelige bildet - som du visualiserer "i grønt" på grunn av egenskapene til fosfor. Objektivet må tillate fokus (og muligens forstørrelsen) for best mulig kvalitet.
    1. Det skal bemerkes at synet "i grønt" skyldes produsentens valg av en spesifikk fosfor - det menneskelige øyet er mer følsomt for grønt, det var løsningen for en (mer eller mindre) optimal kontrast til en kontrollert pris .

Den skjematiske operasjonen til en nattsynsbrille (minst generasjon 2)

diagram over hvordan en nattsynsbrille fungerer

Men hvorfor er det da flere "kvaliteter" ved nattbriller?

Som med enhver menneskelig oppfinnelse, vil vi kontinuerlig forsøke å forbedre kapasiteten til en teknologi. Gjennom fysikk, biologi eller kjemi, gjennom brukerrapportert opplevelse, og ganske enkelt, delproduksjonsevne som forbedres med bruken av relaterte teknologier.

Når det gjelder nattsyn, er det som hovedsakelig tillot forbedringen:

  • Forbedring av fotokatoden og dens følsomhet (gjennom rørgenerasjon 2 og 3)

    • Disse etterfølges av fotokatodene S1, S20, S25 og galliumarsenid (GaAs) – som forbedrer følsomheten i det synlige og nær infrarøde spektralområdet
  • Innsetting av mikro-kanal wafer (fra generasjon 2)

    • Dette vil gjøre det mulig å generere en mye større mengde elektroner (sammenlignet med generasjon 1) og dermed en forbedring i forsterkningen og kvaliteten på gjengivelsen av bildet
    • På et generasjon 3-rør er det festet en ionfilterfilm (for å beskytte katoden mot eksponering for en uønsket lyskilde). Dette reduserer antall genererte elektroner og øker den synlige haloen på de lyse punktene. Motsatt forbedrer filmen levetiden til røret betydelig
    • På et generasjon 3-rør som oppfyller OMNI-V – VII-standardene, er integreringen av et finere ionfilter – forbedring i SNR og lysfølsomhet – til skade for levetiden
  • "AUTOGERT"-funksjonen (fra generasjon 3)

    • Denne funksjonen styrer strømforsyningen til røret ekstremt raskt (i størrelsesorden et millisekund). Så snart røret utsettes for en "aggressiv" lyskilde, vil strømforsyningen umiddelbart kuttes, og dermed bevares røret og dets levetid.
  • Oppløsningen (definert ved måling i linjepar per mm)

    • I et nøtteskall – og veldig kortfattet – er det å forbedre visualiseringen av fine detaljer
  • SNR forbedring (Radiosignalstøy)

    • Det er forholdet mellom spenningen til signalet (det elektriske signalet til røret ditt) og støyen det genererer. I utgangspunktet "snøen" (Scintillation) som vises i bildet. Forskjellen mellom et generasjon 1 og 3 rør er åpenbar.

De forskjellige rørgenerasjonene

Bildegjengivelsen av de forskjellige rørgenerasjonene (begrepet "generasjon 4" er overbrukt og tilsvarer den standardiserte generasjon 3 Omni-VII)

bildegjengivelse av de forskjellige rørgenerasjonene

Generasjon 0

I 1929 stilte den ungarske fysikeren Kálmán Tihanyi prinsippet om nattsyn (til fordel for den britiske hæren). Fra 1935 utvikler et tysk firma (AEG – som fortsatt eksisterer i dag) nattsynsteknologi, parallelt med USA. Under andre verdenskrig vil disse to landene bruke evnene til nattsyn i kamp, ​​på pansrede kjøretøy så vel som på lette våpen. USA vil utvikle konseptet og fortsette dets operative bruk under Koreakrigen. Teknologien som brukes er aktiv – den projiserer en bred infrarød stråle

Generasjon 1 (og 1+)

Fortsatt den mest brukte over hele verden i dag! Utviklet på 60-tallet og utnyttet under Vietnamkrigen av USA, utnytter det det første "passive" røret med lysforsterkning med en S20-fotokatode (for en intensiveringsgevinst på ca x1000). Bildet er klart og gir korrekt kontrast i midten av bildet, med forvrengning i kantene og en SNR som genererer forstyrrelser – «snø» – på bildegjengivelsen. Generasjon 1-rørene som for tiden tilbys av produsenter er for det meste fra aksjer i det tidligere Sovjetunionen – noe som er ganske positivt. De levetiden til dette røret vil være rundt 4000 timer (mer eller mindre) med aktiv bruk et dens drift vil kun være mulig med et høyt nivå av gjenværende lys (månen synlig), bortsett fra når du bruker en IR-lykt i forbindelse med kikkerten.

Det såkalte «generation 1+»-røret er ikke noe mer enn et forbedret generasjon 1-rør for å tilby bedre bildekvalitet (Core fra Armasight eller Edge fra Pulsar) med en optimalisert oppløsning.

  • Definisjon: fra 35 til 60 linjepar per mm
  • Gjennomsnittlig levetid: ca 4000 timer
  • Fotokatode: S20
  • Intensifisering: ca 1000x – krever høyt restlys
  • Gjennomsnittspris: fra 150 til 700 euro – avhengig av type teleskop (monokulært, kikkert, kikkertsikte, med eller uten forstørrelse, etc.)

Generasjon 2 (og 2+)

Denne andre generasjonen introduserer MCP (mikrokanalpannekaken) og en S25-fotokatode, for en intensiveringsgevinst på opptil 20000x, en betydelig forbedring i SNR, oppløsning (minimum 45 linjepar per mm) og lysstyrkefølsomhet – en IR-lommelykt vil ikke lenger være nødvendig og nivået av gjenværende lys må være mye lavere for høyere bildegjengivelse enn generasjon 1. Fosforskjermen kan bruke (avhengig av produsenten) en fosfor som forbedrer kontrasten til den grønne "fargen" og derfor gir et bedre detaljnivå.

Det såkalte "2+" generasjonsrøret optimaliserer (virkelig) oppløsningen (med et gjennomsnitt på 60 linjepar per mm), SNR får opptil 10 poeng sammenlignet med et generasjon 2-rør og følsomheten øker til 400-800 µA/lm (for en følsomhet på 500-600 µA/lm for generasjon 2 og dens S25-fotokatode). Et gen 2+-rør med kvalitetskomponenter kommer betydelig nærmere gen 3-rør.

  • Definisjon: fra 45 til 73 linjepar per mm
  • Gjennomsnittlig levetid: ca 10000 timer
  • Fotokatode: S25
  • Intensifisering: ca 20000x – krever lavt restlysnivå
  • Gjennomsnittspris: fra 900 til 2500 euro – avhengig av type teleskop (monokulært, kikkert, kikkertsikte, med eller uten forstørrelse, etc.)
  • FOM (Figure Of Merit): fra 810 til 2044 (teoretisk – i realiteten heller 1800 maksimum)

Generasjon 3 (og 3 standardisert Omni-VII)

Integreringen av fotokatoden laget av galliumarsenid (forbedrer følsomheten til det fjerne infrarøde området, men er mer "skjør" enn fotokatoder av typen S25) og en "andre generasjons" MCP belagt med en filtrerende film (som beskytter katoden mot ioner) - dette reduserer antall elektroner generert og øker haloen visualisert rundt lyspunktene – tillater en økning i levetiden til røret (opptil 20000 XNUMX timer) og en gjenværende lysforsterkning fra 30 til 50000 XNUMXx. Renheten til bildet og gjengivelsen av detaljer er omtrent 3 ganger bedre enn et generasjon 2-rør, men øyet ditt vil ikke være følsomt for denne optimaliseringen (eller på en redusert måte); På den annen side lar den eksepsjonelle følsomheten for lysstyrke deg bruke brillene under svært forringede restlysforhold. "AUTO GATED"-funksjonen vil beskytte røret fra utilsiktet eksponering for plutselig sterk belysning, samtidig som bildegjengivelsen bevares – noe som vil være avgjørende for en kampoperatør som uten AUTO GATED kan bli blendet av skudd, eksplosjoner, branner...

Generasjon 3-rør standardisert av US Omni Military Standard (nivå VII) forbedrer hovedsakelig MCP med en tynnere filterfilm enn på et klassisk generasjon 3-rør (samtidig som elementene til et 3. generasjonsrør beholdes). Denne modifikasjonen – som reduserer levetiden til røret til rundt 15000 80 timer – vil drastisk øke definisjonen og gjengivelsen av bildet, oppløsningen og kontrastnivået. Generelt reservert for militær bruk, med en forsterkningsforsterkning på 120000 til XNUMX XNUMXx (teoretisk – men det er fortsatt veldig imponerende).

Det skal bemerkes at noen produsenter tilbyr P43-fosforrør som tilbyr en "svart-hvitt" eller til og med "blåaktig" gjengivelse for en bedre oversikt over kontrastene og detaljene i bildet.

Det skal bemerkes at avhengig av nivået av amerikansk omni-standardisering (fra nivå II til VII) vil filterfilmen til MCP produsere et mer eller mindre skarpt og detaljert bilde. Noen generasjon 3-rør tilbys uten film (filmløs). Gjengivelsen av bildet er klart forbedret, men levetiden til røret er åpenbart forkortet. 

  • Definisjon: fra 57 til 73 linjepar per mm
  • Gjennomsnittlig levetid: Fra 20000 15000 til XNUMX XNUMX timer
  • Fotokatode: galliumarsenid
  • Intensifisering: fra 30 til 120000 XNUMXx (veldig teoretisk) - krever et svært lavt nivå av restlys
  • Gjennomsnittspris: fra 2300 til 6000 euro – avhengig av type teleskop (monokulært, kikkert, kikkertsikte, med eller uten forstørrelse osv.) og komponentene som brukes
  • FOM (Figure Of Merit): fra 1400 til over 2000

FOR VÅPENMONTERING VIL DET VÆRE NØDVENDIG Å VELGE ET OMFANG MED ET RØR SOM TÅLLER REBILLET AV KALIBERET PÅ DESTINASJONSVÅPNET – DETTE FOR Å BEHOLDE LEVETID TIL RØRET OG BILDET. KONTAKT OSS HVIS DU er i tvil.

Det spesielle tilfellet med digitalt nattsyn

En teknologi som er identisk med den som brukes i kameraet ditt, de digitale overvåkingskameraene, webkameraet eller digitalkameraet ditt: en CCD eller CMOS modifisert for å være følsom ikke for det synlige spekteret, men for det infrarøde spekteret og konverterer det til et digitalt signal. Det digitale signalet forsterkes og overføres deretter til LCD-skjermen hvor du ser bildet. Fraværet av en fosforskjerm vil undertrykke svart og grønn gjengivelse for å gjengi et svart-hvitt bilde.

Som et Gen 1-rør, kan en digital nattsynsbrille bare forsterke gjenværende lys, uten integrasjon av en MCP. Faktisk trenger du enten et betydelig gjenværende lys (fullmåne, etc.) eller (som et sikkerhetskamera for eksempel) IR-dioder, eller en IR-lykt. Det er viktig å merke seg at alle infrarøde utslipp er detekterbare. Det er kjipt å være en snikskytter på grunn av slike feil.

Forsterkningen vil være identisk (eller til og med overlegen) med et generasjons "1+"-rør (dvs. 1000x) med bedre bildegjengivelse – spesielt på grunn av fraværet av forvrengning på kantene av bildet.

Dens mest avgjørende fordel er at begrensningene knyttet til rørene forsvinner åpenbart. Du kan bruke dagsbrillene uten risiko, verken for øynene eller for enheten. Det vil også være mye lettere å utnytte alle fordelene ved en digital enhet (opptak av bilder eller videoer, integrering av en avstandsmåler, et barometer, etc.).

Denne typen produkt vil være perfekt for "fritids"-bruk eller for å sikre et område på et "lavt" nivå av årvåkenhet og i kamp med lav intensitet. DET VIL UNNGÅS I KAMP MOT PROFESJONELLE OG UTSTYREDE SOLDATER.

HVA MÅ HUSK NÅR DU VELGER NATTBRILLE:

  • Enkel logikk: investeringen som gjøres må være relatert til fremtidige oppdrag(er)
  • Hver tube har en levetid – profesjonell bruk vil derfor måtte inkludere en fornyelsesterskel for enheter
  • Prøv så mye som mulig å velge et sikte som er allsidig (kan brukes for hånd, som kan monteres på en hjelm OG på et våpen for eksempel) – bortsett fra for svært spesifikke bruksområder (snikskytter...)
  • Bestem den generelle kvaliteten på et skop takket være dets FOM (Figure Of Merit) – se ordlisten nedenfor for å forstå formelen

ORDLISTE "NATTSYN".

  • Automatisk lysstyrkekontroll (ABC):

Automatisk lysstyrkekontroll (tillater modulering av spenningen som overføres til MCP i henhold til intensiteten til gjenværende lysstyrke).

  • Auto-Gating (ATG):

Tillater kontroll av spenningen som overføres til fotokatoden (og redusere eller kutte av dens syklus) under eksponering for aggressivt lys (nattskyting, brann, lyn, offentlig belysning, halo avgitt av byområder …). Denne funksjonen bevarer synet av detaljer i intenst lys og sikrer fotokatoden (som kan bli permanent forringet uten denne funksjonen). Nyttig, til og med viktig, for flypiloter – spesielt i lav høyde – spesialstyrker og intervensjoner i urbane områder.

  • lp/mm (linjepar per millimeter):

Enhet som brukes til å måle bildeforsterkeroppløsning. Vanligvis bestemt ut fra et løsende krafttestmål fra det amerikanske luftvåpenet fra 1951. Målet er en serie mønstre med forskjellig størrelse bestående av tre horisontale linjer og tre vertikale linjer. En bruker må kunne skille alle horisontale og vertikale linjer og mellomrommene mellom dem.

  • Sparkle:

Tilfeldig og skinnende effekt i hele bildeområdet. Jitter, noen ganger referert til som "videostøy", er en normal karakteristikk av mikrokanalplatebildeforsterkere og er mer uttalt under dårlige lysforhold.

  • Signal/støyforhold (SNR):

Forholdet mellom signalamplitude og støyamplitude. Hvis støyen (se definisjon av "scintillasjon") er like lys og stor som det forsterkede bildet, kan du ikke se bildet. Signal/støyforholdet endres med lysnivået fordi støyen forblir konstant, men signalet øker (høyere lysnivåer). Jo høyere SNR-forhold, desto bedre presterer enheten i et "mørkt" miljø – med lite gjenværende lys.

  • μA/lm (mikroampere per lumen):

Måling av den elektriske strømmen (μA) produsert av en fotokatode når den utsettes for en målt mengde lys (lumen).

  • vedtak:

Evnen til en bildeforsterker eller nattsynssystem til å se detaljer i omgivelsene dine. Bildeforsterkerrørets oppløsning måles i linjepar per millimeter (lp/mm) mens systemoppløsningen måles i sykluser per milliradian. For ethvert nattsynssystem med en forstørrelse på 1, vil oppløsningen til røret forbli konstant mens oppløsningen til et annet skop kan påvirkes ved å endre fokus og forstørrelse av okularet og legge til forstørrelsesfiltre eller relélinser. Ofte er oppløsningen i samme nattsynsenhet svært forskjellig når den måles i midten av bildet og i periferien av bildet. Dette er spesielt viktig for enheter valgt for fotografering eller video der oppløsningen på hele bildet er viktig.

  • MCP (mikrokanalplate):

Den berømte "pannekaken" av mikrokanaler som multipliserer elektronene produsert av fotokatoden. En MCP finnes bare i Gen 2- og Gen 3-systemer. MCP-er eliminerer forvrengningskarakteristikkene til Gen 0- og Gen 1-systemer. Antallet "hull" (mikrokanaler) i en MCP er en viktig faktor for å bestemme oppløsningen.

  • Fortjenestefigur (FOM):

Hvis det er én ting å huske fra dette blogginnlegget, så er det denne! FOM bestemmes som følger: oppløsning (linjepar per millimeter) x signal til støy. Det er på dette kriteriet du vil bestemme "kvaliteten" på røret til siktet ditt.

Som alltid, vær trygg og vær velsignet!

Legg igjen en kommentar

Din e-postadresse vil ikke bli publisert. Obligatoriske felt er merket *

Du kan bruke oppgaven HTML tagger og attributter: