인간은 왜 밤에 볼 수 없나요?
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원뿔 - 색상을 구별하기 위해
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스틱 – 밝기 설정
빛의 수준이 떨어지면 원뿔보다 1000배 더 민감하고 인간의 경우 92만에서 100억 개에 달하는 막대(고양이는 약 150억 XNUMX만 개를 가지고 있고 나이트탈로프에 속함)만이 반응합니다. 이는 비전이 "흑백" 모드로 전환되는 이유를 설명합니다. 마찬가지로 간상체에서는 광수용체에서 시신경으로의 전달이 덜 효율적이기 때문에 물체가 "흐릿하게" 나타납니다. 기본적으로 자연스러운 "야간 시력" 능력을 활성화하고 잔광이 통과할 수 있도록 하기 위해 동공이 넓어지고 간상체가 "활성화"됩니다. 그러나 효과적인 야간 투시를 허용하지 않는 한계가 있습니다.
적외선이란 무엇입니까?
- 적외선 파장 범위는 0,7μm에서 100μm까지 확장됩니다.
- 가시파 범위는 0,38에서 0,7μm로 확장됩니다.
- 우리는 GAMMA, X, ULTRAVIOLET 및 RADIO RAYS를 진행합니다. 여기에는 관심이 없습니다.
야간 및 열 화상에 사용되는 기술에서 우리가 관심을 갖는 것은 (CIE 시스템에 의해) 4개의 스펙트럼 대역으로 세분화된 적외선 파장 범위입니다.
- 근적외선: 7μm ~ 1,6μm
- 중적외선: 1,6μm ~ 4μm
- 열적외선: 4μm ~ 15μm
- 원적외선: 15μm ~ 100μm
리모콘, LED 램프, 미사일 유도, 열 카메라, 레이저 등 다양한 애플리케이션이 작동하는 것은 이러한 다양한 파장 범위 덕분입니다!
전자기 스펙트럼
잔광이란 무엇입니까?
태양, 달, 별 및 도시 지역에서 발견되는 모든 광원(공공 조명, 차량 헤드라이트, 넓은 영역에 빛나는 후광을 형성하는 조명 표지판) – 잔류광은 밤낮으로 사용자가 있는 공간(다른 곳에서는 빛의 속도로) 위로 이동하는 광자 세트입니다. 광음극과 인광 스크린을 사용하여 이 빛(야간 시력을 위해 야간에)을 증폭함으로써 이미지(광음극을 포함하는 튜브의 "세대"에 따라 다소 좋은 품질)를 복원할 수 있습니다.
이제 물리적 원리는 "야간 투시경" 기술을 탑재할 수 있게 된 경우, 그것이 어떻게 작동하는지 설명할 수 있을 것입니다!
야간투시경은 어떻게 작동하나요?
위에서 볼 수 있듯이 (수동적으로 작동하는 망원경의 경우) 기본 원리는 잔류광을 최대한 증폭하여 최상의 선명도와 밝기로 이미지를 렌더링하는 것입니다. 나는 적외선의 적극적인 활용에 대해 간략하게(그리고 "적외선 토치" 장에서) 언급할 것입니다. 이 기술은 전술적 사용에서 잠재적으로 위험할 수 있습니다.
- 망원경 전면에 있는 렌즈는 잔류광과 근적외선 스펙트럼의 일부를 포착하여 이를 전자관(광전자 증배관) 쪽으로 보냅니다.
- 광전자 증배관을 통과한 빛(광자)은 광전 음극에 충돌하여 광전 효과에 의해 전자를 생성합니다.
- 전자는 전극에 의해 편광된 마이크로 채널인 MCP(광전자 증배관 웨이퍼로 간주)의 웨이퍼를 향해 투사됩니다. 충돌을 용이하게 하고(각 마이크로 채널은 5~8°의 더 크거나 작은 각도로 지향됨) "소음"을 줄이도록 제작되었습니다. 초기 전자가 마이크로 채널을 관통하면 벽에 부딪혀 다른 전자가 방출되고, 증폭 효과에 의해 다시 마이크로 채널의 벽에 부딪혀 다른 전자가 생성됩니다.
- 전자(현재 수천 개)는 인광 스크린을 통과합니다. 획득된 운동 에너지 덕분에 전자(초기 광자의 구조를 보존하여 이미지를 복원할 수 있습니다.) 인 원자를 자극하여 광자를 방출합니다. 렌즈를 통해 되돌아온 이 빛은 형광체의 특성으로 인해 "녹색"으로 시각화되는 최종 이미지를 구성합니다. 최상의 품질을 얻으려면 렌즈에서 초점(및 확대 가능)이 허용되어야 합니다.
- "녹색" 시각은 제조업체가 특정 인광체를 선택했기 때문에 발생한다는 점에 유의해야 합니다. 인간의 눈은 녹색에 더 민감하며, 이는 비용을 제어하면서 (다소) 최적의 대비를 위한 솔루션이었습니다.
야간 투시경의 개략적인 작동(최소 2세대)
그렇다면 왜 야간 투시경에는 여러 "등급"이 있습니까?
인간의 발명과 마찬가지로 우리는 지속적으로 기술의 역량을 향상시키기 위해 노력할 것입니다. 물리학, 생물학 또는 화학, 사용자 보고 경험, 그리고 아주 간단하게 관련 기술의 출현으로 향상되는 부품 제조 능력을 통해 말입니다.
야간 투시경의 경우 주로 개선이 가능했던 것은 다음과 같습니다.
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광전 음극 및 감도 개선 (튜브 2세대 및 3세대를 통해)
- 이는 가시광선 및 근적외선 스펙트럼 범위에서 감도를 향상시키는 S1, S20, S25 광전 음극과 갈륨 비소(GaAs) 광전 음극으로 이어졌습니다.
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마이크로 채널 웨이퍼 삽입 (2세대부터)
- 이를 통해 훨씬 더 많은 양의 전자를 생성할 수 있으며(1세대에 비해) 이미지 렌더링의 증폭 및 품질이 향상됩니다.
- 3세대 튜브에는 이온에 대한 필터 필름이 부착되어 있습니다(원치 않는 광원에 대한 노출로부터 음극을 보호하기 위해). 이는 생성된 전자의 수를 줄이고 밝은 점에 보이는 후광을 증가시킵니다. 반대로, 필름은 튜브의 수명을 크게 향상시킵니다.
- OMNI-V – VII 표준을 충족하는 3세대 튜브에서 수명을 희생하면서 더 미세한 이온 필터를 통합하여 SNR 및 감광도를 향상시켰습니다.
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"자동" 기능 (3세대부터)
- 이 기능은 튜브에 대한 전원 공급을 매우 빠르게(밀리초 단위로) 관리합니다. 튜브가 "공격적인" 광원에 노출되자마자 전원 공급이 즉시 차단되어 튜브와 수명이 보존됩니다.
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해상도 (mm당 라인 쌍으로 측정하여 정의됨)
- 요약하자면 매우 간결하게 말하면 미세한 세부 사항의 시각화가 향상됩니다.
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SNR 개선 (신호 잡음 라디오)
- 이는 신호 전압(진공관의 전기 신호)과 그것이 생성하는 노이즈 전압 사이의 비율입니다. 기본적으로 이미지에 나타나는 "눈"(섬광)입니다. 1세대와 3세대 튜브의 차이는 분명합니다.
다양한 세대의 튜브
다양한 세대의 튜브 이미지 렌더링(용어 "세대 4"는 잘못 사용되었으며 표준화된 세대 3에 해당합니다. 옴니-VII)
0세대
1929년 헝가리 물리학자 칼만 티하니(Kálmán Tihanyi)는 영국군을 위해 야간 투시 원리를 확립했습니다. 1935년 초에 독일 회사(AEG – 오늘날에도 여전히 존재함)는 미국과 병행하여 야간 투시 기술을 개발했습니다. 제XNUMX차 세계 대전 동안 이들 두 국가는 전투에서 장갑차와 소형 무기에 야간 투시 기능을 사용했습니다. 미국은 이 개념을 개발하고 한국전쟁 중에도 계속해서 운용할 예정이다. 사용된 기술은 능동형입니다. 넓은 적외선 빔을 투사합니다.
1세대(및 1+)
오늘날에도 여전히 전 세계에서 가장 일반적으로 사용됩니다! 60년대에 개발되어 베트남 전쟁 중에 미국이 운용한 이 장치는 S20 광전 음극이 있는 최초의 "수동" 광 강화 튜브를 사용합니다( 약 x1000의 강화 이득). 이미지는 선명하고 가장자리의 왜곡과 이미지 렌더링에 교란("눈")을 생성하는 SNR과 함께 이미지 중앙에 좋은 대비를 제공합니다. 현재 제조업체가 제공하는 1세대 튜브는 대부분 구소련의 재고로 제작되었으며 이는 다소 긍정적입니다. 거기 이 튜브의 수명은 활성 사용 시 약 4000시간(대략)입니다. et 잔광 수준이 높은 경우에만 작동이 가능합니다. (달이 보임), 스코프와 함께 IR 토치를 사용하지 않는 한.
소위 "1+" 세대 튜브는 최적화된 해상도와 더 나은 이미지 품질(Armasight Core 또는 Pulsar Edge)을 제공하도록 개선된 1세대 튜브에 지나지 않습니다.
- 정의: mm당 35~60개의 라인 쌍
- 평균 수명: 약 4000시간
- 광전 음극: S20
- 강도: 약 1000x – 높은 잔광 수준 필요
- 평균 가격: 150~700유로 - 범위 유형(단안, 쌍안경, 소총 조준경, 배율 유무 등)에 따라 다름
2세대(및 2+)
이 25세대에는 MCP(마이크로채널 웨이퍼)와 S20000 광전 음극이 도입되어 최대 45x의 증폭 이득, SNR, 해상도(mm당 최소 1라인 쌍) 및 밝기 감도가 크게 향상되었습니다. IR 토치는 더 이상 필요하지 않으며 XNUMX세대보다 뛰어난 이미지 렌더링을 위해 잔광 수준이 훨씬 낮아야 합니다. 인광체 스크린은 녹색 "색상 대비를 향상시키는 인광체(제조업체에 따라 다름)를 사용할 수 있습니다." ” 따라서 더 나은 수준의 세부정보를 제공합니다.
소위 "2+" 세대 튜브는 (실제로) 해상도를 최적화합니다(mm당 평균 60개 라인 쌍). SNR은 10세대 진공관에 비해 최대 2포인트 향상됩니다. 감도는 400~800μA/lm으로 증가합니다(500세대 및 S600 광전음극의 경우 감도는 2~25μA/lm). 고품질 구성 요소를 갖춘 2세대 이상의 튜브는 3세대 튜브에 훨씬 더 가깝습니다..
- 정의: mm당 45~73개의 라인 쌍
- 평균 수명: 약 10000시간
- 광전 음극: S25
- 강도: 약 20000x – 낮은 잔광 수준 필요
- 평균 가격: 900~2500유로 - 범위 유형(단안, 쌍안경, 소총 조준경, 배율 유무 등)에 따라 다름
- FOM(성능 지수): 810에서 2044까지(이론적 – 실제로는 최대 1800에 가깝습니다)
3세대(및 3 표준화된 Omni-VII)
갈륨 비소로 만든 광전 음극(원적외선 범위에 대한 감도를 향상시키지만 S25 유형 광전 음극보다 "깨지기 쉽습니다")과 필터 필름으로 코팅된 "20000세대" MCP(이온으로부터 음극을 보호함)를 통합하여 이를 감소시킵니다. 생성된 전자의 수와 광점 주변에 시각화되는 후광이 증가하여 튜브 수명(최대 XNUMX시간)이 증가하고 잔광을 30배에서 50000배로 증폭. 이미지의 순도와 디테일의 렌더링은 3세대 튜브보다 약 2배 높지만 사용자의 눈은 이 최적화에 민감하지 않습니다(또는 감소된 정도). 반대로, 밝기에 대한 탁월한 감도 덕분에 매우 열악한 잔류광 조건에서도 망원경을 사용할 수 있습니다. "AUTO GATED" 기능은 이미지 렌더링을 유지하면서 공격적이고 갑작스러운 조명에 우발적으로 노출되지 않도록 튜브를 보호합니다. 이는 AUTO GATED가 없으면 총격, 폭발, 화재 등으로 인해 눈부실 수 있는 전투원에게 필수적입니다.
미국 옴니(Omni) 군사표준(레벨 VII)으로 표준화된 3세대 튜브는 주로 MCP를 향상시킨다. 클래식 3세대 튜브보다 더 얇은 필터 필름을 사용합니다. (3세대 진공관의 요소를 유지하면서) 튜브의 수명을 약 15000시간으로 줄이는 이 수정은 이미지의 선명도와 렌더링, 해상도 및 대비 수준을 대폭 향상시킵니다. 일반적으로 군사용으로 예약되어 있으며 증폭 이득이 80~120000x(이론적이지만 여전히 인상적입니다)입니다.
일부 제조업체는 이미지의 대비와 세부 묘사를 더 잘 볼 수 있도록 "흑백" 또는 심지어 "파란색" 렌더링을 제공하는 P43 형광체 튜브를 제공한다는 점에 유의해야 합니다.
미국 전방향 표준화 수준(레벨 II에서 VII까지)에 따라 MCP 필터 필름은 이미지를 다소 선명하고 자세하게 렌더링한다는 점에 유의해야 합니다. 일부 3세대 진공관은 필름 없이 제공됩니다(필름 없음). 이미지 렌더링은 확실히 개선되었지만 튜브의 수명은 확실히 단축되었습니다.
- 정의: mm당 57~73개의 라인 쌍
- 평균 수명: 20000~15000시간
- 광전 음극: 갈륨 비소
- 강화: 30에서 120000x(매우 이론적인– 매우 낮은 수준의 잔광이 필요합니다.
- 평균 가격: 2300~6000유로 – 스코프 유형(단안, 쌍안경, 소총 조준경, 배율 포함 여부 등) 및 사용된 구성 요소에 따라 다름
- FOM(성능 지수): 1400에서 2000 이상
무기에 장착하려면 대상 무기의 구경 반동을 견딜 수 있는 튜브를 탑재하는 조준경을 선택해야 합니다. 이는 튜브의 수명과 이미지 렌더링을 보존하기 위한 것입니다. 의심스러운 경우 당사에 문의하세요.
디지털 나이트 비전의 특별한 경우
카메라, 디지털 감시 카메라, 웹캠 또는 디지털 카메라에 사용되는 것과 동일한 기술: 가시 스펙트럼이 아닌 적외선 스펙트럼에 민감하고 디지털 신호로 변환되도록 수정된 CCD 또는 CMOS입니다. 디지털 신호는 증폭된 다음 이미지를 볼 수 있는 LCD 화면으로 전송됩니다. 형광체 스크린이 없으면 검정색과 녹색 렌더링이 제거되어 이미지가 흑백으로 렌더링됩니다.
1세대 튜브와 마찬가지로 디지털 야간 투시경은 MCP 통합 없이 잔광만 증폭할 수 있습니다. 실제로 상당한 잔광(보름달 등)이나 (예: 보안 카메라와 같은) IR 다이오드 또는 IR 토치가 필요합니다. 모든 적외선 방출이 감지된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이런 종류의 실수 때문에 저격수가 격추되는 것은 어리석은 일입니다.
증폭은 특히 이미지 가장자리에 왜곡이 없기 때문에 이미지 렌더링이 더 나은 "1+" 세대 튜브(예: 1000x)와 동일(또는 그 이상)합니다.
가장 결정적인 장점은 튜브에 연결된 제약이 확실히 사라진다는 것입니다. 눈이나 기기에 위험 없이 주간용 안경을 사용할 수 있습니다.. 또한 디지털 장치의 모든 장점(이미지 또는 비디오 녹화, 거리계, 기압계 통합 등)을 활용하는 것이 훨씬 더 간단해질 것입니다.
이러한 유형의 제품은 "낮은" 경계 수준의 "여가" 사용이나 지역 보안 및 낮은 강도의 전투에 적합합니다. 전문 군인과 장비를 갖춘 군인과의 전투에서는 피할 것입니다..
야간 투시경을 선택할 때 기억해야 할 사항:
- 간단한 논리: 이루어진 투자는 향후 임무와 관련되어야 합니다.
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각 튜브에는 수명이 있으므로 전문적인 사용에는 장치 갱신 임계값이 포함되어야 합니다.
- 매우 특정한 용도(저격수 등)를 제외하고 가능한 한 다목적(손으로 사용 가능, 헬멧 및 무기 장착 가능)을 선택하도록 노력하십시오.
- FOM(성능 지수)을 사용하여 안경의 전반적인 품질을 결정합니다. 공식을 이해하려면 아래 용어집을 참조하세요.
용어집 “나이트 비전”
- 자동 밝기 조절(ABC):
자동 밝기 제어(잔류 밝기의 강도에 따라 MCP로 전송되는 전압 변조 가능)
- 자동 게이팅(ATG):
공격적인 조명(야간 촬영, 화재, 번개, 공공 조명, 도시 지역에서 방출되는 후광…)에 노출되는 동안 광음극에 전송되는 전압을 제어할 수 있습니다(및 주기를 줄이거나 줄입니다). 이 기능은 강렬한 빛 속에서도 세부적인 부분에 대한 시야를 보존하고 광전 음극(이 기능이 없으면 영구적으로 손상될 수 있음)을 보호합니다. 항공기 조종사(특히 저고도)에서 도시 지역의 특수 부대 및 개입에 유용하고 필수적입니다.
- lp/mm(밀리미터당 라인 쌍):
이미지 강화 해상도를 측정하는 데 사용되는 단위입니다. 일반적으로 1951년 미국 공군 분해능 테스트 대상에서 결정됩니다. 대상은 XNUMX개의 수평선과 XNUMX개의 수직선으로 구성된 다양한 크기의 패턴입니다. 사용자는 모든 수평선과 수직선, 그리고 그 사이의 공간을 구별할 수 있어야 합니다.
- 불꽃:
이미지 영역 전체에 무작위로 빛나는 효과가 나타납니다. "비디오 노이즈"라고도 불리는 섬광은 마이크로채널 플레이트 영상 증폭 장치의 일반적인 특성이며 저조도 조건에서 가장 두드러집니다.
- 신호 대 잡음비(SNR):
신호 진폭과 잡음 진폭 사이의 비율입니다. 노이즈("섬광"의 정의 참조)가 강화된 이미지만큼 밝고 크면 이미지를 볼 수 없습니다. 잡음은 일정하게 유지되지만 신호는 증가하기 때문에(조명 레벨이 높아짐) 신호 대 잡음 비율은 조도에 따라 변경됩니다. SNR 비율이 높을수록 장치는 잔류광이 낮은 "어두운" 환경에서 더 최적으로 작동합니다.
- μA/lm(루멘당 마이크로암페어):
측정된 양의 빛(루멘)에 노출되었을 때 광음극에서 생성된 전류(μA)를 측정한 것입니다.
- 해결 :
주변의 세부 사항을 구별하는 이미지 강화 장치 또는 야간 투시 시스템의 기능입니다. 이미지 강화 튜브 해상도는 밀리미터당 라인 쌍(lp/mm)으로 측정되는 반면 시스템 해상도는 밀리라디안당 사이클로 측정됩니다. 배율이 1인 야간 투시 시스템의 경우 튜브의 해상도는 일정하게 유지되는 반면 다른 스코프의 해상도는 접안 렌즈의 초점과 배율을 변경하고 배율 필터 또는 "릴레이" 렌즈를 추가하여 영향을 받을 수 있습니다. 동일한 야간 투시 장치의 해상도는 이미지 중앙과 이미지 주변에서 측정할 때 매우 다른 경우가 많습니다. 이는 전체 이미지의 해상도가 중요한 사진이나 비디오용으로 선택된 장치에 특히 중요합니다..
- MCP(마이크로채널 플레이트):
광음극에서 생성된 전자를 증폭시키는 마이크로채널의 유명한 "케이크"입니다. MCP는 Gen 2 및 Gen 3 시스템에서만 발견됩니다. MCP는 Gen 0 및 Gen 1 시스템의 뒤틀림 특성을 제거합니다. MCP의 "구멍"(마이크로 채널) 수는 분해능을 결정하는 주요 요소입니다.
- 공로 지수(FOM):
이 블로그 기사에서 기억해야 할 것이 단 하나 있다면 바로 이것입니다! FOM은 다음과 같이 결정됩니다. 분해능(밀리미터당 라인 쌍) x 신호 대 잡음. 망원경 경통의 "품질"을 결정하는 것은 바로 이 기준입니다.
