La vision est le moyen le plus important de percevoir la réalité. Visuellement, nous obtenons la plupart des informations sur le monde extérieur. Nos yeux sont un mécanisme étonnamment complexe et parfait, présenté à nous par la nature. Mais, malheureusement, leurs possibilités sont quelque peu limitées.
Une personne ne peut percevoir qu'une très faible plage optique de tout le spectre du rayonnement électromagnétique (on l'appelle aussi partie visible du spectre). De plus, l'œil ne peut percevoir «l'image» que dans des conditions d'éclairage suffisant. Par exemple, si elle tombe en dessous du niveau de 0,01 lux, nous perdons la possibilité de distinguer les couleurs des objets et nous ne pouvons voir que les gros objets proches.
Ceci est doublement insultant, car à cause de cette caractéristique de notre vision, nous devenons presque aveugles dans le noir. L’homme a toujours envié d’autres représentants du règne animal, pour qui la brume nocturne n’est pas un obstacle: chats, hiboux, loups, chauves-souris.
Surtout n'a pas aimé cette limitation de la vision humaine dans l'armée. Mais la situation ne fut radicalement changée qu’au milieu du siècle dernier, lorsque, grâce aux progrès de la physique, apparurent des dispositifs de vision nocturne qui permettaient de voir la nuit presque aussi clairement que le jour.
Actuellement, les dispositifs de vision nocturne ne sont pas uniquement présents dans les arsenaux de l'armée, ils sont utilisés avec plaisir par les sauveteurs, les chasseurs, les unités de sécurité et les services spéciaux. Et si nous parlons des imageurs thermiques, la liste de leurs utilisations est encore plus longue.
De nos jours, il existe une grande variété de types et de types de dispositifs de vision nocturne, fabriqués sous la forme de jumelles, de monocouches, de lunettes de vue ou de lunettes ordinaires. Cependant, avant de parler du dispositif de vision nocturne, nous devons dire quelques mots sur les principes physiques sur lesquels repose le travail de tels dispositifs.
Comment ça marche
Le fonctionnement des appareils de vision nocturne et des caméras thermiques est basé sur les phénomènes physiques de l’effet photoélectrique interne et externe.
L'essence de l'effet photoélectrique externe (ou émission de photoélectrons) est que les corps solides émettent des électrons sous l'influence de la lumière, qui sont capturés par le NVD. La base de tout appareil de vision nocturne est un intensificateur d’image, un convertisseur électro-optique qui capte la faible lumière réfléchie, l’amplifie et la transforme en un signal électronique. C'est ce qu'une personne voit dans l'objectif d'un appareil de vision nocturne. Il faut comprendre qu'aucun appareil de vision nocturne ne peut «voir» dans l'obscurité absolue. Certes, il existe également des dispositifs de vision nocturne active, qui utilisent leur propre source de rayonnement infrarouge pour éclairer des objets.
Tout appareil de vision nocturne comprend trois composants principaux: optique, électronique et un autre optique. La lumière est reçue par une lentille, qui la focalise ensuite sur un intensificateur d'image, où les photons se transforment en un signal électronique. Le signal amplifié maximum est transmis à l'écran luminescent, où il redevient l'image familière à l'œil humain. La conception ci-dessus est généralement caractéristique de toute génération d'appareils de vision nocturne. Seuls les appareils de vision nocturne modernes (deuxième et troisième génération) disposent d'un système d'amplification du signal plus avancé.
Les imageurs thermiques, en revanche, capturent leur propre rayonnement provenant de tout corps ou objet dont la température est différente du zéro absolu. La plupart des imageurs sont des bolomètres, des photodétecteurs complexes qui capturent les ondes infrarouges. De tels capteurs sont sensibles aux longueurs d'ondes correspondant à la plage de température allant de -50 à +500 degrés Celsius.
En fait, les caméras thermiques ont une conception assez simple. Chacun de ces dispositifs comprend une lentille, une matrice d'imagerie thermique et une unité de traitement de signal, ainsi qu'un écran sur lequel l'image finale est affichée. Les imageurs thermiques sont de deux types: avec une matrice refroidie et non refroidie. Les premiers sont les plus sensibles, chers et massifs. Leur matrice est refroidie à une température de -210 à -170 o C, généralement pour cette utilisation, de l'azote liquide. Le plus souvent, ils sont utilisés sur de gros équipements militaires (par exemple, tout appareil de vision nocturne de chars).
Les imageurs thermiques à matrice non refroidie coûtent beaucoup moins cher, ils sont de taille plus petite mais leur sensibilité est beaucoup plus faible. Cependant, la plupart des imageurs thermiques actuellement sur le marché (jusqu'à 97%) appartiennent à cette catégorie.
L'une des principales caractéristiques des caméras infrarouges, qui détermine en grande partie leur coût élevé, est leur objectif. Le fait est que le verre ordinaire utilisé dans la plupart des appareils optiques est complètement opaque au rayonnement infrarouge. Par conséquent, des matériaux aussi rares que le germanium sont utilisés pour les lentilles de caméras infrarouges, dont le prix de marché est d'environ 2 000 dollars par kg. Une lentille moyenne en germanium pour une caméra infrarouge coûte environ 7 000 dollars, et le prix d’une bonne peut atteindre 20 000 dollars. Aujourd'hui, en Russie et à l'étranger, ils cherchent activement un remplaçant pour l'Allemagne, qui pourrait théoriquement réduire le coût d'une caméra infrarouge de 40 à 50%.
Histoire et classification de NVD
La classification des appareils de vision nocturne est basée sur la sensibilité de la photocathode, le degré d'amplification de la lumière et la résolution au centre de l'image résultante. En règle générale, il existe trois générations de NVD. De plus, les appareils de vision de début de nuit dotés d'une source supplémentaire de rayonnement infrarouge font souvent référence à une génération distincte. Sur les sites Web des fabricants, vous trouverez des informations sur les dispositifs de vision nocturne des générations dites intermédiaires, telles que 1+ ou 2+. Cependant, une telle gradation poursuit davantage d’objectifs marketing que de reflets de différences réelles.
L’amélioration de la conception de la NVD et l’émergence de nouvelles générations de ces appareils se sont enchaînées les unes après les autres. Par conséquent, il est plus commode de classer les dispositifs de vision nocturne avec l’historique de leur développement.
Le 23 août 1914, près de la ville belge d'Ostende, les Allemands réussissent à trouver une escadre britannique composée de croiseurs blindés et de destroyers à l'aide de détecteurs de chaleur. Et ce n’est pas facile à découvrir - mais aussi de corriger les tirs d’artillerie avec ces dispositifs, en empêchant les navires ennemis de s’approcher d’un port important. On croit qu'à partir de ce moment a commencé l'histoire des dispositifs de vision nocturne.
En 1934, il y a eu une réelle avancée dans ce domaine: le Néerlandais Holst a créé le premier convertisseur électro-optique au monde (EOC). Deux ans plus tard, l'expatrié russe Zvorykin met au point un intensificateur d'image à focalisation de signal électrostatique, qui deviendra plus tard le «cœur» du premier appareil de vision nocturne commercial de la société américaine Radio Corporation of America.
La période de développement rapide de NVD a été la Seconde Guerre mondiale. Le leader dans leur développement et leur application était l'Allemagne hitlérienne. Le premier prototype de la lunette de vision nocturne a été créé par la société allemande Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) en 1936. Il était destiné à être installé sur les canons antichar Pak 35/36 L / 45.
En 1944, les canons antichars allemands Pak 40 pouvaient utiliser des dispositifs de vision nocturne à une distance maximale de 700 mètres. À peu près au même moment, les forces de chars de la Wehrmacht ont reçu le dispositif de vision nocturne Sperber FG 1250, à l’aide duquel la dernière offensive allemande majeure a eu lieu sur le front oriental, près du lac hongrois Balaton.
Tous les dispositifs de vision nocturne ci-dessus appartiennent à la génération dite zéro. De tels dispositifs étaient très sensibles, donc pour leur fonctionnement normal, une source supplémentaire de lumière infrarouge était nécessaire. Par exemple, tous les cinq chars allemands équipés d'un Sperber FG 1250, accompagnés d'un transport de troupes blindé doté d'un puissant localisateur infrarouge Uhu ("Filin"). De plus, les PNV de génération zéro avaient un intensificateur d'image sensible aux éclairs lumineux. C'est pourquoi, à la fin de la guerre, les troupes soviétiques ont souvent utilisé des projecteurs classiques lors de l'offensive. Ils ont simplement aveuglé le PNV allemand.
Les Allemands ont tenté de créer des dispositifs de vision nocturne offrant une plus grande plage de vision (jusqu'à 4 km), mais en raison de la taille considérable de l'illuminateur infrarouge, ils ont été abandonnés. En 1944, un lot expérimental (300 unités) du PNV de Vampir fut envoyé aux troupes, destiné à être installé sur les fusils d'assaut allemands Sturmgever. En plus de la vue elle-même, elle était composée d’un illuminateur infrarouge et d’une batterie rechargeable. Le poids total de l'appareil dépassait les 30 kg, la portée - 100 mètres et la durée de fonctionnement de l'appareil n'était que de 20 minutes. Malgré ces chiffres plutôt modestes, les Allemands utilisèrent activement le «vampire» dans les batailles nocturnes de la phase finale de la guerre.
Les tentatives de création de NVD de génération zéro se sont déroulées en Union soviétique. Même avant la guerre, le complexe Dudka avait été développé pour la famille de chars BT, puis un système similaire est apparu pour le T-34. Vous pouvez également rappeler le dispositif de vision nocturne domestique Ts-3, développé pour les mitraillettes PPSh-41. Des armes similaires étaient prévues pour équiper les unités d'assaut. Cependant, le NVD n’a pas été largement utilisé dans l’Armée rouge. À cette époque, les appareils de vision nocturne étaient encore exotiques et l'Union soviétique, pendant la Seconde Guerre mondiale, n'était définitivement pas à la hauteur.
L’expérience de la Seconde Guerre mondiale montre que les appareils de vision nocturne offrent d’excellentes perspectives. Il est devenu évident que cette technologie peut sérieusement changer la manière de mener des opérations de combat non seulement sur terre, mais également dans les airs et sur mer. Cependant, pour cela, le NVD de génération zéro a dû éliminer un grand nombre de défauts inhérents, dont le principal était leur faible sensibilité. Il limitait non seulement la portée du NVD, mais obligeait également à utiliser un illuminateur infrarouge encombrant et très énergivore avec le dispositif. Dans l'ensemble, la conception des premiers appareils de vision nocturne était trop compliquée et sa fiabilité n'était pas différente.
Bientôt, les dispositifs de première génération basés sur des tubes électro-opto-électrochimiques à focalisation électrostatique ont remplacé les dispositifs de vision nocturne primitifs de la période militaire. Ils ont pu amplifier le signal d'entrée plusieurs milliers de fois. Cela a permis de refuser un éclairage supplémentaire. Les illuminateurs IR ont non seulement alourdi inutilement le système, mais ont également démasqué le combattant sur le champ de bataille. Point culminant de la perfection de la première génération de NVG, atteinte dans les années 60 du siècle dernier, les Américains l’utilisèrent activement pendant la guerre du Vietnam.
Les dispositifs de vision nocturne de deuxième génération sont apparus en raison de l’émergence d’une technologie révolutionnaire à microcanaux, qui s’est produite dans les années 70. L’essence de ce procédé réside dans le fait qu’à présent, les plaques optiques sont recouvertes de tubes à canaux creux d’un diamètre de 10 µm et d’une longueur maximale de 1 mm. Leur nombre détermine la résolution de la plaque de guidage de la lumière. Un photon de lumière, tombant dans chacun de ces canaux, provoque l'inactivation de toute une cascade d'électrons, ce qui augmente considérablement la sensibilité du dispositif. Pour la deuxième génération de NVG, le gain peut atteindre 40 000 fois. Leur sensibilité est de 240-400 mA / lm et leur résolution de 32-56 lignes / mm.
En Union soviétique, les lunettes de vision nocturne "Quaker" ont été créées sur la base de cette technologie, et aux États-Unis - AN / PVS-5B.
Plus tard, des dispositifs de vision nocturne sont apparus dans lesquels la lentille électrostatique est totalement absente et le transfert direct des électrons à la plaque à microcanaux a lieu. De tels dispositifs de vision nocturne sont généralement appelés génération 2+. Sur la base d'un tel schéma, des lunettes domestiques "Eyecup" ou leur analogue américain AN / PVS-7 ont été fabriquées.
Les scientifiques ont également cherché à améliorer les dispositifs de vision nocturne pour améliorer la photocathode. Les ingénieurs de Philips ont proposé de fabriquer un nouveau matériau semi-conducteur, l’arséniure de gallium.
C'est ainsi que sont apparus les dispositifs de vision nocturne de troisième génération. Par rapport aux photocathodes multi-alcalines traditionnelles, leur sensibilité a augmenté de 30%, ce qui a permis de réaliser des observations même dans une nuit sans lune et sans nuages. Le seul problème était que le nouveau matériau ne pouvait être fabriqué que dans des conditions de vide poussé, et ce processus s’est avéré très laborieux. Par conséquent, le coût d'une telle photocathode s'est avéré être un ordre de grandeur supérieur à celui de ses prédécesseurs. dans le même temps, la troisième génération de NVG peut amplifier la lumière entrante 100 000 fois. Vous pouvez également ajouter que seuls deux pays peuvent produire de l'arséniure de gallium à l'échelle industrielle: les États-Unis et la Russie.
Si vous voyez des informations sur la vente de NVG de quatrième génération quelque part, gardez à l’esprit que: très probablement, vous êtes trompé. Il n’existe pas encore, les critères à utiliser pour déterminer ce groupe ne sont pas encore clairs. Bien entendu, des recherches sont en cours pour améliorer les «veilleuses» existantes dans des dizaines de pays à travers le monde. Les imageurs thermiques recherchent un remplacement économique du verre en provenance d’Allemagne. Le principal problème des dispositifs de vision nocturne est la recherche d’un analogue moins coûteux des photocathodes à l’arséniure de gallium. Au début des années 2000, les Américains ont annoncé la création d'une nouvelle génération de LVN, mais certains experts pensent que l'on peut plutôt l'appeler la génération 3+.
Applications et perspectives
Les appareils qui permettent à une personne de voir la nuit, chaque année, deviennent de plus en plus populaires et trouvent de nouveaux domaines d'application. Les appareils de vision nocturne "civils" modernes ont un prix abordable, de sorte que les chasseurs, les structures de sécurité et les autres catégories de citoyens ayant besoin de vision nocturne peuvent se le permettre.
La chose la plus intéressante est qu’aujourd’hui, les trois générations de dispositifs de vision nocturne sont présentes sur le marché. De nombreux appareils de vision nocturne pour la chasse appartiennent à la première génération, voire à zéro, et disposent d'un éclairage infrarouge, ce qui est absolument inacceptable pour les LVN militaires. Sur le "citoyen" sont également utilisés et les appareils de troisième génération (ils peuvent être vus même dans le sous-sol). Les technologies utilisées pour les créer ne sont plus secrètes depuis longtemps, mais les appareils coûtent très cher. Scope NVD peut également être créé à l’aide d’éléments de différentes générations.
L’utilisation des caméras thermiques a également depuis longtemps cessé d’être la prérogative exclusive de l’armée. En plus de la chasse et de l'observation dans l'obscurité, des appareils similaires sont de plus en plus utilisés dans la recherche scientifique. Avec leur aide, par exemple, ils vérifient l’engin spatial avant son lancement: l’imageur montre parfaitement diverses fuites pouvant conduire à une catastrophe. Imageur thermique et énergie indispensables. Cet appareil peut facilement indiquer l'endroit où la chaleur s'échappe le plus activement d'un bâtiment et lui permettra également de détecter les emplacements de charges maximales dans les réseaux électriques. Des caméras thermiques et des médicaments sont utilisés: selon la carte de température du corps humain, vous pouvez même poser certains diagnostics. Chaque année, ces appareils sont de moins en moins chers et leur champ d'application ne cesse de s'étendre.
