Zařízení pro noční vidění - Night-vision device

Letec amerického námořnictva používá dvojici brýlových zorných brýlí AN/AVS-6. Účinek na přirozené noční vidění oka je evidentní
Standardní teleskopický zaměřovač doplněný o zařízení pro noční vidění vpředu na M110 . Všimněte si toho, že kromě zesilovače obrazu NVD shromažďuje mnohem více světla díky mnohem větší cloně
1PN51-2 noční vidění optická síť s označením pro odhad rozsahu

Zařízení pro noční vidění ( NVD ), známé také jako noční optické/pozorovací zařízení ( NOD ) a brýle pro noční vidění ( NVG ), je optoelektronické zařízení, které umožňuje vytvářet snímky v úrovních světla blížící se úplné tmě. Obraz může být převodem na viditelné světlo jak viditelného světla, tak blízkého infračerveného záření , zatímco konvenčně je detekce tepelného infračerveného záření označována jako tepelné zobrazování . Vytvořený obraz je typicky monochromatický zelený, protože byl považován za nejsnazší barvu, na kterou se lze dívat delší dobu ve tmě. NVD jsou nejčastějipoužívají vojenské a donucovací orgány, ale jsou k dispozici civilním uživatelům. Termín se obvykle vztahuje na kompletní jednotku, včetně trubice zesilovače obrazu , ochranného a obecně voděodolného pouzdra a nějakého typu montážního systému. Mnoho NVD obsahuje ochrannou obětní čočku nebo optické součásti, jako jsou teleskopické čočky nebo zrcadla . NVD může mít IR přísvit, takže je aktivní na rozdíl od pasivního zařízení pro noční vidění. Často se používají ve spojení s IR laserovými zaměřovači, které promítají paprsek na cíl, který je viditelný pouze přes NVD.

Zařízení pro noční vidění byly poprvé použity ve druhé světové válce a začaly se používat během války ve Vietnamu . Technologie se od jejich zavedení výrazně vyvinula, což vedlo k několika „generacím“ zařízení pro noční vidění se zvýšením výkonu a snížením ceny. V důsledku toho jsou k dispozici pro širokou škálu aplikací, např. Pro střelce, řidiče a piloty.

Dějiny

Američtí výrobci prostřednictvím americké vlády zavedli retrospektivní klasifikaci NVD do „generací“. Podle této periodizace bylo období před koncem druhé světové války někdy označováno jako generace 0 .

V roce 1929 maďarský fyzik Kálmán Tihanyi vynalezl infračervenou elektronickou televizní kameru pro protiletadlovou obranu ve Velké Británii.

Zařízení pro noční vidění byly v německé armádě zavedeny již v roce 1939 a používaly se ve druhé světové válce . AEG začal vyvíjet první zařízení v roce 1935. V polovině roku 1943, německá armáda začala první testy s infračerveným nočním viděním ( německý : Nachtjäger ) zařízení a teleskopickými dálkoměrů namontovaný na Panther tanky . Na tancích Panther byla zkonstruována a použita dvě různá uspořádání. Sperber FG 1250 („Sparrow Hawk“) s dosahem až 600 m měl 30 cm infračervený světlomet a konvertor obrazu ovládaný velitelem tanku.

Experimentální sovětské zařízení s názvem PAU-2 bylo testováno v terénu v roce 1942.

Od konce roku 1944 do března 1945 prováděla německá armáda úspěšné testy souprav FG 1250 namontovaných na Panther Ausf. G tanky (a další varianty). Než druhá světová válka skončila v roce 1945, přibližně 50 (nebo 63) Panterů bylo vybaveno FG 1250 a bojovalo na východním i západním frontě . U útočných pušek StG 44 byl použit přenosný systém pěchoty „Vampir“ .

V USA došlo k paralelnímu vývoji systémů nočního vidění. Infračervená noční pozorovací zařízení M1 a M3, známá také jako „sniperscope“ nebo „snooperscope“, zaznamenala omezenou službu u americké armády ve druhé světové válce a v korejské válce na pomoc odstřelovačům . Jednalo se o aktivní zařízení, využívající k osvětlení cílů velký zdroj infračerveného světla. Jejich elektronky zesilovače obrazu používaly anodu a fotokatodu S-1 , vyrobenou převážně ze stříbra , cesia a kyslíku , a k dosažení zisku byla použita elektrostatická inverze s elektronovou akcelerací.

Příklady

  • PAU-2
  • Brýle na tanker PNV-57A
  • SU49/PAS 5
  • T-120 Sniperscope, 1. model (2. světová válka)
  • M2 Sniperscope, 2. model (2. světová válka)
  • M3 Sniperscope, 4. model (korejská válka)
  • AN/PAS-4 (raná válka ve Vietnamu)

Po druhé světové válce vyvinul Vladimir K. Zworykin v Radio Corporation of America první praktické komerční zařízení pro noční vidění , určené pro civilní použití. Zworykinův nápad vzešel z bývalé radionavigované střely. V té době se infračervenému záření běžně říkalo černé světlo , termín později omezený na ultrafialové záření . Zworykinův vynález nebyl kvůli své velikosti a ceně úspěšný.

Spojené státy

1. generace

M16A1 puška vybavena AN / PVS-2 Starlight rozsah

Pasivní zařízení první generace vyvinutá v šedesátých letech minulého století, zavedená během války ve Vietnamu a patentovaná americkou armádou , byla adaptací dřívější aktivní technologie GEN 0 a spoléhala se na okolní světlo místo použití dalšího zdroje infračerveného světla. Pomocí fotokatody S-20 jejich zesilovače obrazu vytvářely zesílení světla kolem 1000, ale byly poměrně objemné a ke správné funkci vyžadovaly měsíční světlo . Příklady:

  • Puškohled AN/PVS-1 Starlight
  • Puškohled AN/PVS-2 Starlight
  • PAS 6 Varo Metascope

Generace 2 (GEN II)

Rozříznutý a odstavený AN/PVS-5, ukazující součásti zařízení pro noční vidění. Toto zařízení bylo vyrobeno ve 2. generaci (5A až 5C) a 3. generaci (5D)

Zařízení druhé generace vyvinutá v 70. letech minulého století s vylepšenou elektronkou zesilovače obrazu využívající mikrokanálovou desku (MCP) s fotokatodou S-25 a výsledkem je mnohem jasnější obraz, zejména kolem okrajů objektivu. To vedlo ke zvýšenému osvětlení v prostředí se slabým okolním osvětlením, jako jsou bezměsíčné noci. Kolem bylo zesílení světla20 000 . Vylepšeno bylo také rozlišení obrazu a spolehlivost .

Příklady:

Pozdější pokroky v technologii GEN II přinesly taktické charakteristiky zařízení „GEN II+“ (vybavených lepší optikou, elektronkami SUPERGEN, vylepšeným rozlišením a lepšími poměry signál / šum ) do dosahu zařízení GEN III, což má komplikované srovnání.

Generace 3 (GEN III)

Časná vývojová verze brýlí AN/PVS-7

Systémy nočního vidění třetí generace, vyvinuté na konci 80. let, udržovaly MCP z Gen II, ale používaly fotokatodu vyrobenou z arzenidu galia , což dále zlepšovalo rozlišení obrazu. Kromě toho je MCP potažen iontovou bariérovou fólií pro prodloužení životnosti zkumavky. Iontová bariéra však způsobuje, že projde méně elektronů, což zmenšuje očekávané zlepšení od fotokatody arzenid-gallium. Díky iontové bariéře je efekt „halo“ kolem jasných bodů nebo světelných zdrojů také větší. Zesílení světla je také vylepšeno na přibližně30 000 -50 000 . Spotřeba energie je vyšší než u elektronek GEN II.

Příklady:

Generace 3+ (GEN III OMNI IV – VII)

„Schéma zesilovače obrazu.“
Zařízení generace II, III a IV používají pro zesílení mikrokanálovou destičku. Fotony ze slabě osvětleného zdroje vstupují do čočky objektivu (vlevo) a zasahují fotokatodu (šedá deska). Fotokatoda (která je negativně zkreslená) uvolňuje elektrony, které jsou urychleny na mikrokanálovou desku s vyšším napětím (červená). Každý elektron způsobí, že se z mikrokanálové destičky uvolní více elektronů. Elektrony jsou přitahovány na fosforovou obrazovku s vyšším napětím (zelená). Elektrony, které dopadají na fosforovou obrazovku, způsobují, že luminofor vytváří fotony světla viditelné čočkami okuláru.

US Army pro noční vidění a elektronických Ředitelství snímače (NVESD) je součástí řídícího orgánu, který diktuje Jména generací noční vidění technologií. NVESD byla původně Army Night Vision Laboratory (NVL), která pracovala v amerických armádních výzkumných laboratořích . Přestože je nedávný zvýšený výkon spojený s komponenty GEN-III OMNI-VI/VII působivý, od roku 2021 americká armáda dosud nepovolila použití názvu GEN-IV pro tyto součásti.

Zařízení GEN-III OMNI-V – VII vyvinutá v roce 2000 se mohou od standardní generace 3 lišit jedním nebo oběma dvěma důležitými způsoby:

  1. Automatický hradlový napájecí systém reguluje napětí fotokatody, což umožňuje NVD okamžitě se přizpůsobit měnícím se světelným podmínkám.
  2. Odstraněná nebo výrazně ztenčená iontová bariéra snižuje počet elektronů, které jsou obvykle odmítány standardním GEN III MCP, což má za následek menší obrazový šum a schopnost pracovat se světelnou citlivostí při 2850 K pouze 700, ve srovnání s provozem s světelná citlivost alespoň 1800 pro zesilovače obrazu GEN III. Nevýhodou tenké nebo odstraněné iontové bariéry je celkové snížení životnosti elektronky z teoretického hlediska20 000  h střední doba do selhání (MTTF) pro typ Gen III, do15 000  h MTTF pro typ GEN IV. To je však do značné míry negováno nízkým počtem zkumavek zesilovače obrazu, které dosáhnou15 000  h provozu před výměnou.

Zatímco spotřebitelský trh klasifikuje tento typ systému jako generaci 4 , armáda Spojených států popisuje tyto systémy jako automatické trubice generace 3 (GEN-III OMNI-VII). Navíc, protože nyní lze k jakékoli předchozí generaci zařízení pro noční vidění přidávat napájecí zdroje s automatickou aktivací, schopnost „automatického spouštění“ nezařazuje zařízení automaticky do kategorie GEN-III OMNI-VII. Jakékoli postnominals objevující se po typu generace (tj. Gen II+, Gen III+) nemění typ generace zařízení, ale místo toho indikují zlepšení oproti požadavkům původní specifikace.

Příklady:

  • AN/PVS-22
  • NVS-22
  • Binokulární zařízení pro noční vidění (BNVD) (AN/PVS-15, AN/PVS-21, AN/PVS-23, AN/PVS-31, AN/PVS-31A)
  • Brýle s panoramatickým nočním viděním (GPNVG-18)

Automatické hradlování

Funkce ATG byla navržena tak, aby vylepšila funkci Bright-Source Protection (BSP), byla rychlejší a vždy udržovala nejlepší rozlišení a kontrast. Je zvláště vhodný pro brýle pro noční vidění pilota, pro provoz v městských oblastech nebo pro speciální operace. ATG je jedinečná funkce, která pracuje neustále a elektronicky snižuje „pracovní cyklus“ napětí fotokatody velmi rychlým zapínáním a vypínáním napětí. To udržuje optimální výkon trubice I², průběžně odhaluje důležité úkoly, chrání trubici I² před dalším poškozením a chrání uživatele před dočasnou slepotou.

Výhody ATG lze snadno vidět nejen během přechodů den-noc-den, ale také za dynamických světelných podmínek, když se rychle mění ze špatných na vysoké světelné podmínky (výše lx ), jako je náhlé osvětlení tmavé místnosti. Typickou výhodu ATG je nejlépe cítit při použití zaměřovače zbraní, který během střelby zažije plamen (viz obrázky níže zobrazující obrázky pořízené v zóně dopadu shozené bomby). ATG by snížilo dočasnou slepotu, kterou by zavedla standardní trubice BSP, což by personálu umožnilo nepřetržitě udržovat „oči na cíli“.

ATG poskytuje zvýšenou bezpečnost pilotům při létání v malých výškách, a zejména při vzletech a přistáních. Piloti pracující s brýlemi pro noční vidění jsou neustále vystavováni dynamickým světelným podmínkám, když umělé světelné zdroje, například z měst, zasahují do jejich navigace vytvářením velkých svatozářů, které překáží jejich zornému poli.

Obrázek zásluh

Na konci devadesátých let inovace v technologii fotokatody výrazně zvýšily poměr signálu k šumu, přičemž nově vyvinuté elektronky začaly překonávat výkon elektronek Gen 3.

V roce 2001 federální vláda Spojených států dospěla k závěru, že „generace“ elektronky není určujícím faktorem globálního výkonu elektronky, takže termín „generace“ je irelevantní při určování výkonu trubice zesilovače obrazu, a proto tento termín odstranila jako vývozních předpisů.

Ačkoli se technologie zesílení obrazu používaná různými výrobci liší, z taktického hlediska je systém nočního vidění optickým zařízením, které umožňuje vidění za zhoršených světelných podmínek. Samotná americká vláda uznala skutečnost, že technologie sama o sobě nemá žádný rozdíl, pokud operátor v noci jasně vidí. V důsledku toho Spojené státy zakládají vývozní předpisy nikoli na generacích, ale na vypočítaném faktoru nazývaném údaj o zásluhách (FOM). Dokument Univerzity národní obrany „Síly reakce NATO“ (autor: Jeffrey P. Bialos, výkonný ředitel programu transatlantické bezpečnosti a průmyslu na Univerzitě Johna Hopkinse a Stuart L. Koehl, člen Centra pro transatlantické vztahy téže univerzity) stručně popisuje metodu výpočtu FOM a její důsledky pro export.

… Počínaje rokem 2001 USA implementovaly nový systém zásluh (FOM) pro určování uvolnění technologie nočního vidění. FOM je abstraktní měřítko výkonu obrazové trubice, odvozené z počtu párů řádků na milimetr vynásobeného poměrem signálu k šumu tuby.

Zkumavky vyrobené v USA s FOM větším než 1400 nelze exportovat mimo USA; nicméně, Defense Technology Security Administration (DTSA) může od těchto zásad upustit případ od případu.

Další technologie

Americký letec testuje panoramatické brýle pro noční vidění v březnu 2006.

United States Air Force experimentoval s panoramatickým brýle pro noční vidění (PNVGs), což double uživatele zorné pole až kolem 95 ° pomocí čtyř 16 mm image-elektronkové zesilovače, spíše než více standardních dvěma 18 mm trubice. Jsou v provozu s letouny A-10 Thunderbolt II , MC-130 Combat Talon a AC-130U Spooky a později se vyvinuly do brýlí Ground Panoramic Night Vision Goggles (GPNVG-18), které jsou také oblíbené u speciálních sil.

AN / PSQ-20 , vyráběný firmou ITT (také známý jako Enhanced noční vidění brýle, ENVG), se snaží kombinovat termovizí s RTG zesilovačem, stejně jako Northrop Grumman taveného Multispectral Weapon Sight.

Na spotřebitelský trh se zavádí nová technologie. Poprvé představen na SHOT Show 2012 v Las Vegas, NV společností Armasight. tato technologie, nazývaná Ceramic Optical Ruggedized Engine (CORE), produkuje výkonnější elektronky Gen 1. Hlavním rozdílem mezi zkumavkami CORE a standardními zkumavkami Gen 1 je zavedení keramické desky místo skleněné. Tato deska je vyrobena ze speciálně tvarovaných keramických a kovových slitin. Vylepšuje se zkreslení okrajů, zvyšuje se citlivost fotografií a rozlišení může dosahovat až 60  lp /mm. CORE je stále považován za Gen 1, protože nevyužívá mikrokanálovou desku.

Vědci z University of Michigan vyvinuli kontaktní čočky, které mohou fungovat jako zařízení pro noční vidění. Objektiv má mezi vrstvami skla tenký proužek grafenu, který reaguje na fotony, aby tmavé obrázky vypadaly jasněji. Současné prototypy pohlcují pouze 2,3% světla, takže procento zachycení světla musí stoupnout, než bude objektiv životaschopný. Technologii grafenu lze rozšířit do dalších oblastí využití, jako jsou čelní skla automobilů, a zlepšit tak jízdu v noci. Spojené státy. Armáda se zajímá o technologii, která by potenciálně mohla nahradit brýle pro noční vidění.

Ředitelství senzorů a elektronických zařízení (SEDD) americké armádní výzkumné laboratoře vyvinulo technologii kvantového infračerveného detektoru (QWID). Epitaxní vrstvy této technologie , které vedou k tvorbě diod, tvoří systém arzenidu galia nebo arsenidu hliníku a galia (GaAs nebo AlGaAs). Je obzvláště citlivý na infračervené vlny, které jsou středně dlouhé. Vlnitý QWIP (CQWIP) rozšiřuje detekční kapacitu pomocí rezonanční nástavby, která více orientuje paralelně elektrické pole, takže může být absorbováno. Ačkoli je vyžadováno kryogenní chlazení mezi 77 K a 85 K, technologie QWID je zvažována pro neustálé sledování díky jeho nárokovaným nízkým nákladům a uniformitě materiálů.

Materiály ze sloučenin II – VI , jako je HgCdTe, se používají pro vysoce výkonné infračervené kamery se snímáním světla. V roce 2017 americká armáda výzkumné laboratoře ve spolupráci s Stony Brook University vyvinuli alternativu v rámci rodiny III-V sloučeniny . InAsSb, sloučenina III – V, se běžně komerčně používá pro optoelektroniku v předmětech, jako jsou DVD a mobilní telefony. Nízké náklady a větší polovodiče často způsobují zmenšování rozestupů atomů, což vede k vadám nesouladu velikosti. Aby se zabránilo této možnosti při implementaci InAsSb, vědci přidali odstupňovanou vrstvu se zvýšeným rozestupem atomů a mezivrstvu substrátu GaAs k zachycení případných vad. Tato technologie byla navržena s ohledem na noční vojenské operace.

Dalekohledy Enhanced Night Vision (ENVG-B), vyráběné společností L3Harris Technologies , poskytují kromě vyššího rozlišení vylepšenou schopnost pozorování za všech povětrnostních podmínek, protože bílé fosforové trubice nabízejí lepší kontrast ve srovnání s tradičním zeleným fosforem jedničky.

Sovětský svaz a Rusko

Aktivní dalekohled NSP-2 pro noční vidění namontovaný na AKM L
NSPU (1PN34) 3,5 × dalekohled pro noční vidění namontovaný na AKS-74U
Rozsah 1PN93-2 pro noční vidění namontovaný na RPG-7D3

Sovětský svaz , a po roce 1991 Ruská federace , vyvinuli řadu noční vidění zařízení. Modely používané po roce 1960 ruskou/sovětskou armádou jsou označeny 1PNxx (rusky: 1ПН xx), kde 1PN je GRAU index zařízení pro noční vidění. PN znamená pritsel nochnoy (rusky: прицел ночной ), což znamená „noční vidění“, a xx je číslo modelu. Různé modely představené přibližně ve stejnou dobu používají stejný typ baterií a mechanismus pro montáž na zbraň. Modely s více zbraněmi mají vyměnitelné výškové stupnice s jednou stupnicí pro balistický oblouk každé podporované zbraně. Mezi podporované zbraně patří rodina AK , odstřelovací pušky , lehké kulomety a ruční granátomet .

  • Noční pohled na refraktor 1PN34 pro řadu ručních zbraní a granátometů, viz foto.
  • Noční pozorovací dalekohled na bázi refraktoru 1PN50.
  • Noční zaměřovač na bázi reflektoru 1PN51 pro řadu ručních palných zbraní a granátometů.
  • Noční zaměřovač 1PN51-2 na bázi reflektoru pro RPG-29 .
  • Noční pohled na refraktor 1PN58 pro řadu ručních zbraní a granátometů.
  • Noční zaměřovač 1PN93-2 na bázi reflektoru pro RPG-7 D3, viz foto.
  • 1PN110, novější noční pohled na RPG-29.
  • 1PN113, noční zaměřovač podobný odstřelovací pušce SV-98 .

Ruská armáda si také objednala vývoj a postavila řadu takzvaných nočních památek protiútokových  [ ru ] ( rusky : Антиснайпер , romanizedAntisnayper ). Noční zaměřovač proti ostřelovačům je aktivní systém, který pomocí laserových pulzů z laserové diody detekuje odrazy od ohniskových prvků nepřátelských optických systémů a odhaduje jejich dosah. Prodejce tvrdí, že tento systém nemá obdoby:

  • Noční zaměřovač 1PN106 proti ostřelovači pro odstřelovací pušku SVD a její variantu SVDS.
  • Noční zaměřovač 1PN119 proti ostřelovačům pro lehké kulomety PKMN a Pecheneg .
  • Noční zaměřovač proti odstřelovači 1PN120 pro odstřelovací pušku SVDK .
  • Noční zaměřovač proti ostřelovači 1PN121 pro velkorážnou odstřelovací pušku ASVK .
  • Noční zaměřovač proti sniperu 1PN123 pro odstřelovací pušku SV-98.

Zákonnost

  • Belgie : legislativa o střelných zbraních zakazuje jakékoli zařízení pro noční vidění, pokud může být namontováno na střelnou zbraň; i když nejsou namontovány, jsou považovány za nezákonné.
  • Česká republika : není regulováno. Dříve k dispozici pouze pro lov.
  • Německo : zákon zakazuje taková zařízení, pokud mají být namontována na střelné zbraně.
  • Island : používání zařízení pro noční vidění k lovu je zakázáno, zatímco na samotná zařízení neexistují žádná omezení.
  • Indie : Civilní držení a obchodování s rozsahy nočního vidění je nezákonné. K držení je zapotřebí povolení ministerstva vnitra Unie.
  • Nizozemsko : držení zařízení pro noční vidění není regulováno, ani není zakázáno používat je namontované na střelných zbraních. Použití zařízení pro noční vidění k nočnímu lovu (se zbraní) je povoleno pouze se zvláštním povolením v určitých oblastech ( Veluwe ) k lovu divokých prasat.
  • Nový Zéland : Služby záchranných vrtulníků používají několik sad brýlí pro noční vidění třetí generace dovezených z USA a země je povinna omezit přístup k vybavení, aby splňovala přísné předpisy týkající se jejich vývozu. Neexistují žádné zákazy vlastnictví ani používání zařízení pro noční vidění pro odstřel nepůvodních lovných zvířat, jako jsou králíci, zajíci, jeleni, prasata, tahr , kamzíci , kozy, klokani atd.
  • USA : shrnutí státních loveckých předpisů pro používání zařízení pro noční vidění při lovu na období 2010–2011 uvedlo 13 států, ve kterých je toto zařízení zakázáno, 17 států s různými omezeními (např. Pouze u určitých druhů zvěře a/nebo určité časové období) a 20 států bez omezení. Neshrnul předpisy pro termovizní zařízení.
    • Kalifornie : je přestupkem vlastnit zařízení „určené nebo přizpůsobitelné k použití na střelné zbrani, které díky použití projektovaného zdroje infračerveného světla a elektronického dalekohledu umožňuje jeho obsluze vizuálně určit a lokalizovat přítomnost předmětů během noční “. To v podstatě pokrývá obory využívající technologii Gen0, ale ne následující generace. V roce 1995 došlo ke snaze dále rozšířit omezení, která by zakazovala zařízení pro noční vidění, která neobsahovala zdroj světla, ale nestalo se zákonem.
    • Minnesota , od roku 2014: „Osoba nesmí mít zařízení pro noční vidění nebo termovizi, když bere divoká zvířata nebo když má v držení [nezakrytou a nabitou zbraň], která by mohla být použita k odchytu divokých zvířat.“ Existuje výjimka pro vymáhání práva a vojenské použití. Zákaz nočního vidění byl přijat v roce 2007 a zákaz termovizí byl přidán v roce 2014. V legislativě Minnesoty byly v roce 2016 zavedeny dva návrhy zákonů, které navrhují umožnit zařízení pro noční vidění a termovizní zařízení pro 1) “ dravec “nebo 2)„ nechráněný divoký živočich “lov.

Viz také

Reference

externí odkazy

Americké patenty