昼と夜を見て、すべてのライトをオフにして運転し、すべての天候で視界外の動きを検出しますか? はい、「ナイトビジョン」光学系について説明し、このテクノロジーが存在できる物理的原理の方法とおかげで、その動作を確認します。作成以来の進化、そして最後にさまざまな可能な用途(およびその限界)について説明します。 。 定義上、ナイトビジョンゴーグルの購入は投資です。 製品(ガラス、双眼鏡、双眼鏡など)は、可能な限り最高のコストで、可能な限り最高の寿命で、可能な限り最も用途の広い用途に対応する必要があります。

なぜ人間は夜に見えないのですか?

私たちは吸血鬼や他の狼男を除外します、それは特別な場合です。 人間の目は2種類の細胞(網膜の底に並ぶ光受容体)で構成されています。

  • コーン - 色を区別するため

  • Sticks - 明るさを設定します

光のレベルが下がると、ロッドだけが反応します-コーンの1000倍の感度があり、人間の場合は92万から100億の数です(約150億XNUMX万のロッドがあり、ニクタロープである猫と比較して)。 これが、ビジョンが「白黒」モードになる理由を説明しています。 同様に、視神経への光受容体の伝達はロッドでは効率が悪いため、オブジェクトは「ぼやけた」ように見えます。 基本的に、自然な「夜景」の能力を活性化し、残留光を取り込むために、瞳孔はロッドを広げて「活性化」します。 しかし、効果的なナイトビジョンを許可しない制限があります。

あなたの目の光を処理する細胞:
人間の目の光の治療の細胞

インフラレッドとは何ですか?

それは原子レベルで起こっています! 原子(中性子、陽子、電子の「雲」で構成されており、これは私たちが興味を持っている部分であり、原子の核の周りで動いています)は、体の上でも絶え間なく動いています。 (オブジェクト)ソリッド。 励起のレベルに応じて(たとえば、熱など、それに適用され、吸収されるエネルギーに応じて)、その電子は「パッシブ」状態から「励起」状態に移行します。核から離れて、より大きなエネルギーの軌道に到達します。 励起された電子(容量よりも大きなエネルギーを得る)は、一定時間後、核の周りの「自然な」軌道に戻ります。 XNUMXつの軌道間のこの「ジャンプ」は、電磁擾乱(放射)を生成し、この過剰なエネルギー(吸収されたエネルギーに等しい)を光子(および電磁波)の形で「解放」します。波と粒子の二重性の原理)。 したがって、このリリースは、光子のAND波の形式で、電磁スペクトルによって定量化されます(簡単にするために、メトリックシステムで表現します)。

1原子、その核およびその電子(核の周りの円は、励起状態に応じて、電子によって「使用される」3つの軌道です)
1原子とその電子
  • 0,7から100μmまでの範囲の赤外線波長範囲
  • 目に見える波の範囲は0,38から0,7μmまで及びます
  • GAMMA、X、ULTRAVIOLET、RADIO RAYSを使用している場合は、ここでは不要です。

ナイトビジョンとサーマルで使用されるテクノロジーに私たちが興味を持っているのは、(CIEシステムによって)4つのスペクトルバンドに細分された赤外線波の範囲です。

  • 近赤外:7μmから1,6μmまで
  • 平均赤外線:1,6μmから4μmまで
  • 熱赤外線:4μmから15μmまで
  • 遠赤外線:15μmから100μmまで

これらのさまざまな範囲の波のおかげで、リモートコントロール、LEDランプ、ミサイルガイダンス、サーマルカメラ、レーザーなど、さまざまなアプリケーションが機能します。

 電磁スペクトル

電磁スペクトル

残留光とは何ですか?

太陽、月、星、および都市部にあるすべての光源(公共の照明)から放出されるガラスの操作に絶対に不可欠です(残留光がないため、フォトンがなく、夜景は不可能です)。 、車両のヘッドライト、照らされた標識)広大な領域に明るいハローを形成します-残留光は、あなたがいる空間を(光の速度で)歩き回る光子のセットです他の場所)、昼と夜。 フォトカソードと蛍光スクリーンを使用してこの光を(夜間は明らかに夜景のために)増幅することにより、画像を復元します(「フォトカソードを含むチューブの世代」)。

これで物理的原理 「ナイトビジョン」技術を搭載することで、その仕組みを説明できるようになります!

ナイトビジョン望遠鏡はどのように機能しますか?

上記のように、(パッシブ操作メガネの)基本原理は、残留光を可能な限り増幅して、最高の鮮明度と最高の明るさで画像をレンダリングすることです。 私は、積極的な方法で赤外線の悪用に迅速に(そして「赤外線トーチ」の章で)取り組むだけです。この技術は、戦術的な使用において潜在的に危険です。

  1. レンズ(望遠鏡の前面)は、残留光と近赤外線のスペクトルの一部を捉え、それらを電子管(光電子増倍管)に導きます。
  1. 光電子増倍光(光子)を通過すると、光電陰極に衝突し、したがって光電効果によって電子を生成する。
  1. 電子は、マイクロチャネルのウェーハ(電極によって分極されている)、MCP(光乗数ウェーハと見なされます)に向かって投射されます。 衝突を促進し(各マイクロチャネルは多かれ少なかれ重要な角度-5〜8°に向けられています)、「ノイズ」を低減するように構築されています。 最初の電子がマイクロチャネルに入ると、それらは壁にぶつかり、他の電子の放出を引き起こします。これは、増幅効果によって、マイクロチャネルの壁にぶつかり、dを生成します。 '他の電子。
  1. 電子(現在は数千)は燐光スクリーンを通過します。 得られた運動エネルギーのおかげで、電子(これは最初の光子の構造を持っています - これは画像の復元を可能にします)リン原子を励起します...光子を放出します。 レンズを通して戻されたこの光は、最終的な画像を構成します。これは、蛍光体の特性により「緑色」で視覚化されます。 レンズは、可能な限り最高の品質を得るために、焦点(および場合によっては拡大)を可能にする必要があります。
    1. 「緑色の」ビジョンは、特定のリンの製造元による選択によるものであることに注意してください。人間の目は緑色に対してより敏感であり、これは(多かれ少なかれ)最適なコントラストの解決策でした。管理されたコスト。

暗視スコープの概略操作(第2世代以上)

暗視望遠鏡の動作のダイアグラム

では、なぜナイトビジョンゴーグルにはいくつかの「品質」があるのでしょうか。

あらゆる人間の発明と同様に、私たちは継続的に技術の能力の向上を目指します。 物理学、生物学または化学を介して、ユーザーが報告した経験を介して、そして関連技術の出現で向上する単なるコイン作り能力によって。

ナイトビジョンの場合、主に改善を可能にしたのは次のとおりです。

  • 光電陰極の改良とその感度 (2および3チューブ世代を通じて)

    • S1、S20、S25光電陰極およびガリウム砒素(GaAs)光電陰極は後継であり、可視および近赤外のスペクトル範囲における感度を改善する。
  • マイクロチャンネルスラブの挿入 (世代2から)

    • これにより、(1生成と比較して)はるかに大量の電子を生成することが可能になり、したがって、画像レンダリングの増幅および品質が改善される。
    • XNUMX発生管の上には、(陰極を望ましくない光源への曝露から保護するために)イオンフィルタフィルムがそれに固定されている。 これにより、生成される電子の数が減り、光スポット上の可視ハローが増えます。 それどころか、フィルムはチューブの寿命を大幅に改善します。
    • OMNI-V-VII基準を満たす第3世代のチューブでは、寿命を犠牲にして、より細かいイオンフィルターの統合-SNRと光感度の改善
  • 「AUTOGATED」機能 (世代3から)

    • この機能は、チューブへの電源を非常に高速(ミリ秒のオーダー)で管理します。 チューブが「攻撃的な」光源にさらされるとすぐに、電源がすぐに遮断されるため、チューブとその寿命が維持されます。
  • 解像度 (mmあたりのラインペアの数値で定義されます)

    • 要約すると - そして非常に簡潔に - それは細部の細かさのあなたの視覚化を改善します
  • SNRの向上 (シグナルノイズラジオ)

    • これは、信号(チューブの電気信号)の電圧とそれが生成するノイズの電圧の比率です。 基本的には画像に現れる「雪」(シンチレーション)。 第1世代と第3世代のヒットの違いは明らかです。

チューブの異なる世代

異なる世代のチューブの画像レンダリング(「ジェネレーション4」という用語は使い古されており、標準化されたジェネレーション3に対応しています) オムニ-VII)

異なる世代のチューブの画像レンダリング

0世代

1929では、ハンガリーの物理学者KálmánTihanyiが暗視の原則を掲げています(イギリス軍のために)。 1935からドイツの会社(AEG - 今日もまだ存在しています)は、アメリカと並行して、暗視技術を開発しています。 第二次世界大戦中、これらの2カ国は、戦闘中、装甲車上、および小型武器上で暗視能力を使用します。 アメリカはその概念を発展させ、朝鮮戦争中もその運用上の使用を続ける。 使用されている技術は活発です - それは広い赤外線ビームを投影します

1世代(および1 +)

今日でも世界中で最も一般的に使用されています! 60年代に開発され、米国によってベトナム戦争中に利用されたこの製品は、S20フォトカソード( 約x1000の増感ゲイン)。 画像は鮮明で、画像の中央に良好なコントラストがあり、端に歪みがあり、レンダリングされた画像に外乱(「雪」)を生成するSNRがあります。 現在メーカーが提供している第1世代のチューブは、ほとんどが旧ソビエト連邦の在庫からのものであり、かなり前向きです。 ザ・ この管の寿命は約4000時間(プラスまたはマイナス)の積極的な使用になります et 高レベルの残留光でのみ動作することが可能になります 望遠鏡と組み合わせてIRトーチを使用する場合を除いて(可視月)。

いわゆる第1世代の「1+」チューブは、最適化された解像度でより優れた画質(ArmasightCoreまたはPulsarEdge)を提供するために改良された第XNUMX世代のチューブにすぎません。

  • 定義:35mmあたり60からXNUMXペアのライン
  • 平均寿命:約4000時間
  • フォトカソード:S20
  • 強化:約1000倍-高い残留光レベルが必要
  • 平均価格:150〜700ユーロ-望遠鏡の種類(単眼、両眼、ライフルスコープ、拡大の有無など)によって異なります

2世代(および2 +)

この第25世代では、MCP(マイクロチャネルウェーハ)とS20000フォトカソードが導入され、最大45倍の強化ゲイン、SNR、解像度(最小1ペアのライン/ mm)、および輝度感度-IRトーチを追加する必要がなくなり、第XNUMX世代よりも優れた画像レンダリングを行うには、残留光のレベルをはるかに低くする必要があります。蛍光スクリーンは(その製造業者によると)緑色の「色」のコントラストを改善し、したがってより詳細なレベルを作る蛍光体。

いわゆる「2+」生成チューブは(実際に)解像度を最適化します(60mmあたり平均XNUMXラインペア)。 SNRは、10生成管と比較して2ポイントまで向上します。 また、感度は400-800μA/ lmに変わります(500生成とそのS600光電陰極の感度が2-25μA/ lmの場合)。 高品質のコンポーネントを備えた2 +生成チューブは、3生成チューブにかなり近い.

  • 定義:45mmあたり73からXNUMXペアのライン
  • 平均寿命:約10000時間
  • フォトカソード:S25
  • 強化:約20000x-低い残留光レベルが必要
  • 平均価格:900〜2500ユーロ-望遠鏡の種類(単眼、両眼、ライフルスコープ、拡大の有無など)によって異なります
  • FOM(Figure Of Merite):810から2044(理論上-実際には最大1800)

ジェネレーション3(および3はOmni-VIIを標準化)

ガリウムヒ素から作られたフォトカソード(遠赤外線範囲への感度を向上させますが、S25タイプのフォトカソードよりも「壊れやすい」)とコーティングされた「第20000世代」MCPの統合フィルターフィルム(カソードをイオンから保護します)-これにより、生成される電子の数が減り、光点の周りに視覚化されるハローが増加します-チューブの寿命を延ばすことができます(最大XNUMX時間)。 a 30から50000xへの残留光の増幅。 画像の純度と詳細のレンダリングは、第3世代のチューブよりも約2倍優れていますが、目はこの最適化に敏感ではありません(または削減された方法で)。 一方、明るさに対する並外れた感度により、非常に劣化した残留光条件でガラスを使用できます。 「AUTOGATED」機能は、画像のレンダリングを維持しながら、チューブが誤って攻撃的で突然の照明にさらされるのを防ぎます。これは、AUTOGATEDがないと目がくらむ可能性のある戦闘オペレーターにとって不可欠です。突然の開始、爆発、火災によって..。

3ジェネレーション規格標準化オムニ(レベルVII)ジェネレーションチューブが主にMCPを強化 従来の3世代のチューブよりも薄いフィルターフィルムで (3i世代チューブの要素を保持しながら)。 この変更により、チューブの寿命が約15000時間に戻ります。これにより、画像の鮮明度、レンダリング、解像度、およびコントラストレベルが大幅に向上します。 通常は軍事用に予約されており、増幅率は80から120000xまでです(理論上のものですが、それでもまだ非常に印象的です)。

一部のメーカーは、画像のコントラストと詳細をよりよく表示するために、「白黒」または「青みがかった」レンダリングを提供するP43蛍光管を提供していることに注意してください。

米国の標準化レベルのオムニ(レベルIIからVIIまで)に応じて、MCPのフィルターフィルムは多かれ少なかれ明確で詳細な画像を作ります。 一部の3ジェネレーションチューブは、フィルムなしで提供されています(フィルムレス)。 画像のレンダリングは大幅に改善されていますが、チューブの寿命は明らかに短くなっています。 

  • 定義:57mmあたり73からXNUMXペアのライン
  • 平均寿命:20000〜15000時間
  • フォトカソード:ガリウムヒ素
  • 強化:30から120000x(非常に理論的) - 非常に低い残光レベルが必要
  • 平均価格:2300〜6000ユーロ-スコープのタイプ(単眼、両眼、ライフルスコープ、拡大の有無など)および使用するコンポーネントによって異なります
  • FOM(Figure Of Merite):1400から2000以上

ARMのアセンブリのために、それは管の寿命の保持のために宛先の軍隊の棄却を抵抗することができるチューブを選ぶベゼルの選択をする必要があるでしょう。 DOUBTにお問い合わせの場合

デジタルナイトビジョンの特別な場合

カメラ、デジタル監視カメラ、Webサイト、またはデジタルカメラで使用されているものと同じテクノロジー:可視スペクトルではなく赤外線スペクトルに敏感になり、デジタル信号に変換されるように変更されたCCDまたはCMOS 。 デジタル信号は増幅されてから、画像を表示するLCD画面に送信されます。 蛍光体スクリーンが存在しないと、白黒画像をレンダリングするために白黒レンダリングが除去される。

1世代の管のように、デジタル暗視望遠鏡はPCMの統合なしで残余の光を増幅することができるだけです。 実際には、かなりの残光(満月...)か(例えば防犯カメラのような)IRダイオードかIRトーチが必要になります。 赤外発光は検出可能であることに注意することが重要です。 そのような間違いのために狙撃兵であることは愚かです。

増幅は、世代「1 +」(つまり1000x)のチューブと同じ(またはそれ以上)で、特にエッジに歪みがないため、画像のレンダリングが向上します。

その最も決定的な利点は明らかにチューブに関する制約がなくなることです。 望遠鏡は目にもデバイスにも危険を冒さずに使用できます。。 デジタルカメラのすべての利点(画像やビデオの記録、距離計の統合、気圧計など)を活用する方がはるかに簡単です。

このタイプの製品は、「レジャー」での使用や、「低」の警戒レベルや低強度の戦闘でのエリアの確保に最適です。 それは専門的で装備された兵士に直面している戦闘を避けるでしょう.

ナイトビジョングラスを選択するために覚えておくべきこと:

  • 単純な論理:行われた投資は、今後の使命に関連している必要があります
  • 各チューブには有効期間があります - そのため、プロの使用にはデバイス更新のしきい値を組み込む必要があります。
  • 可能な限り汎用性の高い望遠鏡を選択するようにしてください(手持ち、例えばヘルメットや武器に取り付けます) - 非常に特殊な用途(狙撃兵など)を除く
  • FOM(Figure Of Merite)を使って望遠鏡の全体的な品質を判断します - 下の用語集を参照して公式を理解してください

用語集「夜のビジョン」

  • 自動輝度制御(ABC):

自動輝度制御(残留輝度の強度に応じてMCPに送信される電圧を変調できます)。

  • 自動ゲーティング(ATG):

攻撃的な明るさ(夜間撮影、火事、稲妻、公共照明、ゾーンによるハロークリア)にさらされている間、フォトカソードに伝達される電圧を制御(およびサイクルを短縮または遮断)できます都市...)。 この機能は、強い光の中であなたの細部の視力を維持し、フォトカソードを固定します(この機能がないと永久に劣化する可能性があります)。 航空機の操縦士、特に低空での使用には、都市部での特殊部隊や介入には不可欠であっても有用です。

  • lp / mm(ミリメートルあたりの線のペア):

イメージインテンシファイアの解像度を測定するために使用される単位。 一般的には、1951年の米国空軍の解像度出力テストターゲットから決定され、ターゲットは、XNUMX本の水平線とXNUMX本の垂直線で構成されるさまざまなサイズの一連のパターンです。 ユーザーは、すべての水平線と垂直線、およびそれらの間のスペースを区別できる必要があります。

  • シンチレーション:

画像領域全体のランダムで素晴らしい効果。 「ビデオノイズ」と呼ばれることもあるシンチレーションは、マイクロチャネルプレートイメージインテンシファイアの通常の特性であり、暗い場所ではより顕著になります。

  • 信号対雑音比(SNR):

信号振幅とノイズ振幅の比率。 ノイズ(「ちらつき」の定義を参照)が強調された画像と同じくらい明るくて大きい場合、画像を見ることができません。 ノイズは一定のままですが、信号は増加するため(光レベルが高くなると)、信号とノイズの比率は光レベルに応じて変化します。 SNRが高いほど、残留光が少ない「暗い」環境でのデバイスのパフォーマンスが向上します。

  • μA/ lm(ルーメンによるマイクロアンペア):

測定された光量(ルーメン)にさらされたときに光電陰極によって生成される電流(μA)の測定。

  • 解決策:

周囲の細部を区別するためのイメージインテンシファイアまたはナイトビジョンシステムの機能。 イメージインテンシファイアチューブの解像度は1ミリメートルあたりのラインのペア(lp / mm)で測定され、システムの解像度はXNUMXミリラジアンあたりのサイクルで測定されます。 倍率がXNUMXのナイトビジョンシステムの場合、チューブの解像度は一定のままですが、別の望遠鏡の解像度は、アイピースの焦点と倍率を変更し、倍率フィルターを追加することで影響を受ける可能性があります。 「リレー」レンズ。 多くの場合、同じナイトビジョンデバイスの解像度は、画像の中心と画像の周辺で測定した場合に大きく異なります。 これは、画像全体の解像度が重要な写真やビデオ用に選択されたカメラにとって特に重要です。.

  • MCP(マイクロチャンネルプレート):

フォトカソードによって生成された電子を乗算するマイクロチャネルの有名な「ウェーハ」。 MCPは、Gen2およびGen3システムでのみ検出されます。MCPは、Gen0およびGen1システムの歪み特性を排除します。 MCPの「穴」(マイクロチャネル)の数は、解像度を決定する主な要因です。

  • 性能指数(FOM):

このブログ投稿から取り除くべきことがXNUMXつあるとすれば、それはこれです! FOMは次のように決定されます。 解像度(XNUMXミリメートルあたりの線のペア)x信号からノイズ。 グラスのチューブの「品質」を決定するのはこの基準に基づいています。

いつものように、安全を保ち、祝福されてください!

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