비전은 현실을 인식하는 가장 중요한 방법입니다. 시각적으로, 우리는 외부 세계에 관한 대부분의 정보를 얻습니다. 우리의 눈은 놀라 울 정도로 복잡하고 완벽한 메커니즘으로, 자연에 의해 우리에게 제시됩니다. 그러나 유감스럽게도 그 가능성은 다소 제한적입니다.
사람은 전자기 방사선의 전체 스펙트럼의 매우 좁은 광학 범위 (스펙트럼의 보이는 부분이라고도 함) 만 인식 할 수 있으며, 또한 눈은 충분한 조명 조건에서만 "그림"을 인식 할 수 있습니다. 예를 들어 0.01 럭스보다 낮 으면 물체의 색을 구분할 수 없으므로 근처에있는 큰 물체 만 볼 수 있습니다.
이것은 우리의 비전의이 특징으로 인해 어둠 속에서 거의 눈을 멀게하기 때문에 이중 모욕입니다. 인간은 고양이, 올빼미, 늑대, 박쥐 등 밤의 안개가 장애물이 아닌 동물계의 다른 대표자들을 언제나 부러워했다.
특히 군대에서의 인간 시각의 한계점을 싫어했다. 그러나 지난 세기 중반에만 상황이 크게 바뀌 었습니다. 물리학적인 업적 덕분에 야간 시력 장치가 등장하여 야간에도 낮과 똑같이 명확하게 볼 수있었습니다.
현재 야간 투시경 장비는 육군 소총뿐 아니라 구조 대원, 사냥꾼, 경비 부대, 특별 서비스에 즐거움을 선사합니다. 그리고 우리가 열 화상 카메라에 관해 이야기한다면 사용 목록이 더욱 넓어집니다.
오늘날 쌍안경, 모노 안경 (monoculars), 관광지 또는 일반 안경의 형태로 제작 된 야간 투시 장치 (NVD)의 유형 및 유형은 매우 다양합니다. 그러나 야간 투시경 장치의 장치에 대해 이야기하기 전에 이러한 장치의 작동 원리에 대한 몇 가지 단어를 말해야합니다.
어떻게 작동하나요?
야간 투시 장치 및 열 화상 장치의 작동은 내부 및 외부 광전 효과의 물리적 현상을 기반으로합니다.
외부 광전 효과 (또는 광전자 방출)의 본질은 고체가 NVD에 의해 포획 된 빛의 영향하에 전자를 방출한다는 것입니다. 야간 투시 장치의 기본은 이미지 인 텐시 파이어 (image intensifier), 즉 약한 반사광을 포착하고 증폭하여 전자 신호로 바꾸는 전자 광학 변환기입니다. 이것은 야간 시력 장치의 렌즈에서 사람이 보는 것입니다. 야간 투시 장치가 절대 어둠 속에서 "볼"수는 없다는 것을 이해해야합니다. 사실, 야간 투시 장치도 있습니다. 야간 투시 장치는 자체 적외선 방사원을 사용하여 물체를 비추고 있습니다.
야간 투시 장치는 광학, 전자 및 다른 광학의 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 빛은 렌즈에 의해 수신되고, 이미지 인 텐시 파이어에 초점을 맞추어 광자가 전자 신호로 바뀝니다. 최대 증폭 된 신호는 발광 스크린으로 전송되고 다시 형광 스크린이 인간의 눈에 익숙한 이미지가됩니다. 위의 디자인은 일반적으로 야간 투시 장치의 모든 세대의 특징이며, 현대 야간 투시 장치 (2 세대 및 3 세대)는보다 진보 된 신호 증폭 시스템을 갖추고 있습니다.
반면 열 화상 카메라는 온도가 절대 영도와 다른 모든 신체 또는 물체로부터 자체 방사선을 포착합니다. 이미 저의 주요 부분은 적혈구를 포착하는 복잡한 광 검출기 인 볼로미터 (bolometer)입니다. 이러한 센서는 섭씨 -50도에서 + 500도까지의 온도 범위에 해당하는 파장에 민감합니다.
사실, 열 화상 카메라는 상당히 단순한 설계입니다. 이러한 각 장치는 렌즈, 열 화상 처리 매트릭스 및 신호 처리 장치뿐만 아니라 완성 된 이미지가 표시되는 화면으로 구성됩니다. 열 화상 카메라는 냉각 및 비 냉각 매트릭스와 함께 두 가지 유형이 있습니다. 첫 번째는 가장 민감하고 비싸며 거대합니다. 이 매트릭스는 보통 액체 질소를 사용하기 위해 -210 ~ -170 o C의 온도로 냉각됩니다. 더 자주는 대형 군사 장비 (예 : 모든 야간 야간 장비)에 사용됩니다.
냉각되지 않은 매트릭스를 가진 열 화상 장치는 비용이 훨씬 적고 크기가 작지만 감도는 훨씬 낮습니다. 그러나 오늘날 시장에 나와있는 대부분의 열 화상 카메라 (최대 97 %)는이 범주에 속합니다.
열 화상 카메라의 주요 특징 중 하나는 높은 비용을 크게 결정하는 렌즈입니다. 사실 대부분의 광학 장치에 사용되는 일반 유리는 적외선에 완전히 불투명합니다. 따라서 게르마늄과 같은 희귀 물질은 열 화상 카메라의 렌즈에 사용되며 시장 가격은 킬로그램 당 약 2,000 달러입니다. 열 화상 카메라의 평균 게르마늄 렌즈 가격은 약 7 천 달러이며 좋은 제품의 가격은 2 만 달러에 달합니다. 오늘날 러시아와 해외에서 그들은 대체로 열 화상 카메라의 비용을 40 ~ 50 % 절감 할 수있는 독일을 적극적으로 찾고 있습니다.
NVD의 역사 및 분류
야간 투시 장치의 분류는 광전지의 감도, 빛의 증폭 정도 및 결과 이미지의 중심에서의 해상도에 기반합니다. 원칙적으로 3 세대의 NVD가 있습니다. 또한 적외선을 추가로 방출하는 초기 야간 투시 장치는 종종 별도의 세대로 언급됩니다. 제조업체의 웹 사이트에서 1+ 또는 2+와 같은 소위 중간 세대의 야간 투시 장치에 대한 정보를 찾을 수 있습니다. 그러나 이러한 그라데이션은 진정한 차이점을 반영하는 것보다 많은 마케팅 목표를 추구합니다.
NVD의 디자인 개선과 새로운 세대의 이러한 장치의 등장은 순차적으로 진행되었습니다. 따라서 야간 투시 장치의 분류는 개발 이력과 함께 고려하는 것이 더 편리합니다.
1914 년 8 월 23 일 벨기에 도시인 오스텐드 근처에서 독일군은 열 추적자의 도움을 받아 장갑 함과 구축함으로 구성된 영국 대대를 발견했습니다. 알아내는 것도 쉽지는 않지만이 장치로 포병의 발사를 교정하여 적의 함대가 중요한 항구에 접근하는 것을 막습니다. 그 순간부터 야간 시계 장치의 역사가 시작되었다고 믿어집니다.
1934 년이 분야에서 진정한 돌파구가있었습니다. 홀스트 (Holst)는 세계 최초의 전자 - 광학 변환기 (EOC)를 만들었습니다. 2 년 후, 러시아 국적의 Zvorykin은 미국의 Radio Corporation of America의 최초 상업용 야간 투시 장치의 "심장"이 된 정전 신호 집중 식의 이미지 증폭기를 개발했습니다.
NVD의 급속한 발전의시기는 2 차 세계 대전이었습니다. 개발 및 응용 분야의 리더는 히틀러의 독일이었습니다. 야간 시력의 첫 번째 프로토 타입은 독일 회사 Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG)에 의해 1936 년에 만들어졌으며 Pak 35/36 L / 45 대전차포 총에 설치하기위한 것이 었습니다.
1944 년까지 독일의 Pak 40 대전차포 총은 야간 투시 장치를 사용하여 최대 700 미터의 거리에서 발사 할 수있었습니다. 거의 동시에, Wehrmacht의 탱크 부대는 Sperber FG 1250 야간 투시 장치를 사용하여 헝가리 발라 톤 근처의 동부 전선에서 마지막으로 주요 독일 공격이 발생했습니다.
위의 야간 투시 장치는 모두 소위 제로 발생 (zero generation)에 속합니다. 이러한 장치는 매우 민감하므로 정상적인 작동을 위해서는 추가 적외선 광원이 필요했습니다. 예를 들어, Sperber FG 1250을 장착 한 5 개의 독일 탱크마다 강력한 적외선 탐지기 Uhu ( "Filin")가 장착 된 장갑차 인력 운반 차량이 동행합니다. 또한 제로 (zero-generation) PNV는 밝은 빛에 민감한 이미지 강화 장치를 가지고있었습니다. 그래서 전쟁이 끝나면 소련 군대는 종종 공세에서 기존의 서치 라이트를 사용했습니다. 그들은 단순히 독일의 PNV를 보지 못했습니다.
독일인은 최대 시야 범위 (최대 4km)를 제공하는 야간 시력 장치를 만들려고 시도했지만 IR 조명 장치의 상당한 크기로 인해 버려졌습니다. 1944 년에 실험용 배치 (300 개)가 Vampir PNV에서 독일 Sturmgever 돌격 소총에 설치되도록 군대에 보냈습니다. 시야 그 자체뿐만 아니라 적외선 조명 장치와 재충전 배터리로 구성되었습니다. 장치의 총 중량은 30kg을 초과하고 100m 범위 였고 작동 시간은 겨우 20 분이었습니다. 이 다소 겸손한 수치에도 불구하고, 독일인들은 전쟁의 마지막 단계의 야간 전투에서 "뱀파이어"를 적극적으로 사용했습니다.
소비에트 유니온 (Soviet Union)에서는 0 세대 NVD를 만들려고 시도했다. 전쟁이 시작되기 전에도 Dudka 단지는 BT 계열의 탱크 용으로 개발되었지만 나중에 T-34 용으로 유사한 시스템이 등장했습니다. 또한 PPSh-41 기관총 용으로 개발 된 가정용 야간 투시 장치 Ts-3을 상기 할 수 있습니다. 폭행 유닛을 장비하기 위해 유사한 무기가 계획되었습니다. 그러나 NVD는 적군에서 널리 사용되지 않았습니다. 그 당시 야간 투시 장치는 여전히 이국적이었고 제 2 차 세계 대전 당시의 소비에트 연합 (Soviet Union)은 확실히 그렇지 않았습니다.
2 차 세계 대전의 경험은 야간 투시 장치가 훌륭한 전망을 가지고 있음을 보여주었습니다. 이 기술은 육상뿐만 아니라 항공 및 해상에서 전투 작전을 수행하는 방식을 심각하게 바꿀 수 있음이 분명 해졌다. 그러나이를 위해 제로 (zero-generation) NVD는 많은 수의 고유 한 결함을 없애야했습니다. 그 주요 원인은 민감도가 낮았 기 때문입니다. NVD의 범위를 제한 할뿐만 아니라 장치에 부피가 큰 매우 에너지 집약적 인 IR 조명 장치를 사용해야합니다. 전반적으로, 첫 야간 투시 장치의 디자인은 너무 복잡하고 충분한 신뢰성이 다르지 않았습니다.
머지 않아 정전기 포커싱을 이용한 전기 광학 전기 화학 튜브 기반의 1 세대 디바이스가 군대의 원시 야간 투시 장치를 대체했습니다. 그들은 수천 번 입력 신호를 증폭 할 수있었습니다. 이는 조명을 추가로 거부 할 수있게했습니다. IR 조명 장치는 불필요하게 시스템을 무거워지게 만들뿐만 아니라 전장에서 전투기의 마스크를 벗 겼습니다. 지난 세기의 60 년대에 도달 한 1 세대 NVG의 완성 된 최고점은 베트남 전쟁에서 미국인들이 적극적으로 사용했습니다.
2 세대 야간 투시 장치는 혁신적인 마이크로 채널 기술의 출현으로 나타났습니다. 이것은 70 년대에 일어났습니다. 그 핵심은 이제 광학 플레이트가 직경 10μm이고 길이가 1mm 이하인 중공 채널 튜브로 스터드되었다는 것입니다. 그들의 수는 도광판의 해상도를 결정했습니다. 이 채널들 각각으로 떨어지는 빛의 광자 (photon of light)는 전체 전자 캐스케이드 (cascade)가 녹아웃 (knock out)되도록하여 장치의 감도를 크게 증가시킵니다. 2 세대 NVG의 경우 이득은 4 만 번에 도달 할 수 있습니다. 그들의 감도는 240-400 mA / lm이고 해상도는 32-56 lines / mm입니다.
소련에서는 야간 투시경 "Quaker"가이 기술과 미국 - AN / PVS-5B를 기반으로 개발되었습니다.
나중에, 정전 렌즈가 전혀없는 야간 투시 장치가 나타나고 마이크로 채널 플레이트로 전자가 직접 전달됩니다. 이러한 야간 투시 장치는 일반적으로 2 세대 이상이라고합니다. 이러한 계획을 바탕으로 국내 안경 "아이 컵"또는 미국인의 아날로그 AN / PVS-7이 제작되었습니다.
야간 시력 장치를 향상시키기위한 과학자들의 노력은 광전지를 개선하기위한 것이 었습니다. 필립스 엔지니어들은 갈륨 아세 나이드 (gallium arsenide)와 같은 새로운 반도체 소재로 만들 것을 제안했습니다.
그것이 제 3 세대 야간 투시 장치가 등장한 방식입니다. 전통적인 다중 알칼리 광전지에 비해 감도가 30 % 높아 졌기 때문에 구름없는 달이없는 밤에도 관측을 할 수있었습니다. 유일한 문제는 신소재가 고진공 상태에서만 만들어 질 수 있다는 것이었고이 과정은 매우 힘들었습니다. 따라서 이러한 광전지의 비용은 이전의 광전지보다 훨씬 높은 수준으로 나타났습니다. 동시에, 3 세대 NVG는 들어오는 빛을 10 만배 씩 증폭 할 수 있습니다. 또한 미국과 러시아의 산업 규모에서 갈륨 비소를 생산할 수있는 국가는 두 곳 뿐이라고 덧붙일 수 있습니다.
어딘가에서 4 세대 NVG 판매에 대한 정보를 확인한 경우 다음 사항에 유의하십시오. 가장 가능성이 높습니다. 속임을 당하고 있습니다. 그것은 아직 존재하지 않으며,이 그룹을 결정하기 위해 어떤 기준을 사용할 지 명확하지 않습니다. 물론 기존의 "야간 조명"을 개선하기위한 연구가 전 세계 수십 개 국가에서 이루어지고 있습니다. 열 화상 카메라의 경우, 그들은 독일에서 유리를 예산으로 교체 할 것을 찾고 있습니다. 야간 투시 장치의 주요 문제점은 갈륨 비소 광전지의보다 저렴한 아날로그를 찾는 것입니다. 2000 년대 초, 미국인들은 새로운 세대의 NVG 창설을 발표했지만, 일부 전문가들은 오히려 3 세대 이상으로 부를 수 있다고 생각합니다.
응용 분야 및 전망
사람이 밤에 볼 수있게 해주는 장치가 매년 더 많이 보급되고 새로운 응용 분야를 찾고 있습니다. 현대의 "민간인"야간 장치는 저렴한 가격으로 사냥꾼, 보안 구조 및 야간 투시가 필요한 다른 범주의 시민들도 부담 할 수 있습니다.
가장 흥미로운 것은 오늘날 야간 투시 장치가 3 세대 모두 시장에 나와 있다는 것입니다. 사냥을위한 많은 야간 투시 장치가 1 세대 또는 심지어 0에 속하며 군용 NVG에서는 절대적으로 받아 들일 수없는 IR 조명이 있습니다. "시민"에 사용되는 경우도 있고 3 세대 장치 (지하실에서도 볼 수 있음). 그 (것)들을 창조하기 위하여 이용 된 기술은 장시간에 은밀하지 않으며, 다만 장치는 아주 비싸다. 범위 NVD는 다른 세대의 요소를 사용하여 만들 수도 있습니다.
열 화상 카메라의 사용은 오랫동안 군대의 독점적 특권으로 그치지 않았다. 어둠 속에서 사냥과 관찰에 더하여 유사한 장치가 과학 연구에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 예를 들어 도움을 받으면 우주선을 발사하기 전에 우주선을 점검합니다. 즉, 영상 기는 재앙으로 이어질 수있는 다양한 누출을 완벽하게 보여줍니다. 필수적인 열 화상 카메라 및 에너지. 이 장치는 열이 건물에서 가장 활발하게 벗어나는 곳을 쉽게 표시 할 수 있으며 전력 계통의 최대 부하 지점을 감지 할 수 있습니다. 열 화상 카메라와 의학이 사용됩니다. 인체의 온도지도에 따라 일부 진단을 할 수도 있습니다. 매년 이러한 장치는 저렴 해지고 있으므로 응용 범위가 꾸준히 확대되고 있습니다.
