Dispositivos de visión nocturna: una historia de generaciones.

Dispositivos de visión nocturna: una historia de generaciones..

Salikov Vyacheslav Lvovich

DISPOSITIVOS DE VISIÓN NOCTURNA: HISTORIA DE GENERACIONES

La imperfección de la propia naturaleza, compensada por la flexibilidad del intelecto, empujaba constantemente a la persona a buscar. El deseo de volar como un pájaro, nadar como un pez o, digamos, ver de noche como un gato, se hizo realidad cuando se adquirieron los conocimientos y la tecnología necesarios. La investigación científica a menudo fue impulsada por las necesidades de la actividad militar y los resultados fueron determinados por el nivel tecnológico existente.

Ampliar el rango de visión para visualizar información inaccesible al ojo es una de las tareas más difíciles, ya que requiere una formación científica seria y una importante base técnica y económica. Los primeros resultados exitosos en esta dirección se obtuvieron en los años 30 del siglo XX. El problema de la observación en condiciones de poca luz se volvió particularmente urgente durante la Segunda Guerra Mundial. Su implementación práctica permitió operar al anochecer y de noche sin utilizar fuentes de luz visible.

Los primeros éxitos en el uso de la tecnología de visión nocturna, aún no percibidos por el público, hicieron de la guerra a la luz de las estrellas un sueño para los especialistas militares. Se gastaron enormes fondos para lograr resultados, asignados tanto por gobiernos como por empresas líderes de los países desarrollados. Ya durante la Guerra del Golfo se empezó a hablar de “victoria de la noche a la mañana”. Los conflictos posteriores en Yugoslavia y Chechenia hicieron del combate nocturno un atributo inevitable de la guerra moderna.

Naturalmente, los esfuerzos realizados en esta dirección han conducido a avances en la investigación científica, la medicina, la tecnología de las comunicaciones y otros campos. Adaptados para uso individual, los análogos del equipo militar se utilizan cada vez más para las necesidades de las fuerzas del orden, los servicios de seguridad, el rescate, las tareas de navegación, entre los amantes de la caza nocturna, etc. Los cambios en las condiciones del mercado, resultantes de la reestructuración económica global debido a la caída de una serie de barreras políticas en las últimas décadas, han llevado a la rápida comercialización de productos modernos de alta tecnología. Como resultado, los resultados de los avances científicos y técnicos, basados ​​en el conocimiento de las ondas del rango óptico no sólo de la región visible del espectro, sino también de la radiación infrarroja (IR), ahora están disponibles en los bienes de consumo.

Desafortunadamente, las cuestiones de la tecnología de visión nocturna, que se discutieron abiertamente en amplios círculos de países desarrollados, en la URSS (Rusia) se centraron únicamente en los representantes del complejo militar-industrial y en los desarrolladores directos. Una breve retrospectiva de la historia de los dispositivos de visión nocturna (NVD) y una revisión del estado actual de este segmento del mercado de productos optoelectrónicos pretenden, en parte, llenar este vacío.

El principio de funcionamiento de un NVD clásico se basa en la conversión de la radiación infrarroja generada en el objeto observado por el brillo del cielo nocturno, las estrellas y la luna en luz visible. En la figura 2 se muestra un diagrama de bloques funcional de la trayectoria óptica de un NVD moderno. 1.

Fig. 1. Diagrama de bloques funcional de la ruta óptica de un NVG moderno

1. Objeto de observación
2. Cuerpo del NVG
3. Lente
4. Tubo intensificador de imagen con MCP, VOE y VIP integrados
5. Ocular
6. Pilas, normalmente pilas AA
7. Iluminación IR integrada

La imagen del objeto observado a través de la lente se proyecta invertida sobre el cristal de entrada del convertidor óptico-electrónico, que es una “lámpara de alto vacío con dos extremos planos, las ventanas de entrada y salida, respectivamente. Se aplica una fina capa translúcida de material fotosensible (fotocátodo) en el interior de la ventana de entrada, que emite electrones al absorber cuantos de luz. En el interior de la ventana de entrada hay una capa de fósforo, un material que emite luz cuando un electrón incide sobre él (pantalla). La transferencia de electrones emitidos por el fotocátodo está garantizada por un campo electrostático, para el cual se aplica una tensión de varios kV al fotocátodo y a la pantalla. La imagen obtenida en la pantalla se ve a través del ocular.

Los diseños modernos de intensificadores de imágenes utilizan un amplificador de emisión secundario o una placa de microcanal (MCP) instalada entre el fotocátodo y la pantalla para mejorar la imagen. El MCP permite obtener una amplificación de decenas de miles de veces y, en algunos intensificadores de imágenes especiales, hasta 107 veces, lo que es suficiente para registrar fotones individuales.

Las ventanas de entrada y salida del intensificador de imágenes están realizadas sobre vidrio plano o sobre una placa de fibra óptica (FOP). Para girar la imagen 180°, se utiliza como FOE de salida un elemento envolvente de fibra óptica (FOE), también conocido como tornado. En diseños más complejos, se utiliza un ocular binocular o un elemento envolvente de lente adicional para rotar la imagen.

A pesar de la simplicidad del diseño y el número mínimo de nodos, son bastante altos y a menudo Se imponen requisitos contradictorios a cada elemento NVD. Evidentemente, la unidad NVD más compleja y responsable, que determina tanto sus parámetros máximos como su precio, es el intensificador de imagen. La historia del nacimiento y mejora de esta unidad debe considerarse indicativa de la era tecnocrática.

“Glass of Canvas”

El primer convertidor fue desarrollado por Holst y sus coautores en el centro de investigación Philips (Holanda) en 1934. Seguía siendo conocido como el vaso de Holst”. Su diagrama que ilustra el principio de funcionamiento se muestra en la Fig. 2.

Fig. 2. Principio de funcionamiento del cristal Holst”

Este tubo intensificador de imágenes constaba de dos vasos encajados uno dentro del otro, en cuyos fondos planos se aplicaban un fotocátodo y un fósforo. Un voltaje de alto voltaje aplicado a estas capas creó un campo electrostático, asegurando la transferencia directa de una imagen electrónica desde el fotocátodo a una pantalla con fósforo. Como capa fotosensible en el vidrio Holst se utilizó un fotocátodo de plata, oxígeno y cesio (o S-1), que tenía una sensibilidad bastante baja (Fig. 3), aunque operativo en el rango de hasta 1,1 micrones. Además, este fotocátodo tenía un alto nivel de ruido, por lo que fue necesario enfriarlo a menos 40 °C para eliminarlo.

Fig. 3. Curvas de sensibilidad espectral de fotocátodos de tubo intensificador de imagen

1. S-1;
2. S-20;
3. S-25;
4. S-25R (2+);
5.GaAs;
6. GaAs en el IR cercano

Estas deficiencias hicieron posible utilizar el intensificador de imagen solo en modo activo, es decir, con iluminación de la imagen observada mediante un iluminador de infrarrojos. Además, la imagen en la pantalla estaba borrosa. La distancia entre el fotocátodo y la pantalla debe ser lo más pequeña posible debido a la dispersión de los electrones que salen del fotocátodo en diferentes ángulos. En el “vidrio Holst” era de varios mm y era imposible reducirlo por motivos tecnológicos.

La aparición de los primeros tubos intensificadores de imágenes en la situación anterior a la guerra despertó un gran interés. “The Canvas Glass” fue mejorado hasta el nivel de producción en masa por EMI (Inglaterra), y entre 1942 y 1945 se produjeron varios miles de ellos (Fig. 4).

Fig. 4. Las primeras muestras de producción del “vidrio Holst”.

Debido al «ramo» de deficiencias de los primeros tubos intensificadores de imagen, los primeros NVG se distinguían por importantes parámetros de peso y tamaño y consumo de energía, así como por una baja calidad de imagen.

Sin embargo, fueron utilizados activamente durante la Segunda Guerra Mundial por todos los bandos. El uso de NVG con focos IR por parte de Alemania para apoyar las operaciones de vehículos de combate ha demostrado ser un gran éxito. Como resultado, el ejército soviético sufrió graves pérdidas en las batallas en la zona del lago húngaro Balaton. El deseo de igualar las posibilidades y privar al enemigo de la ventaja obtenida obligó al mando soviético a iluminar el campo de batalla con reflectores antiaéreos al cruzar el río Oder*. Cabe señalar que para las necesidades del ejército alemán se utilizaron tubos intensificadores de imagen más modernos con enfoque electroóptico, que proporcionaban una resolución de pantalla de hasta 20 micrones y, en versiones más complejas, incluso de hasta 1 micron.

Grandes éxitos que han logrado empresas estadounidenses e inglesas. Son bien conocidas las miras nocturnas para armas pequeñas «Sniperscope», utilizadas con éxito durante el desembarco estadounidense en la isla de Okinawa. En la figura 2 se muestra una rara fotografía de gafas de periscopio estadounidenses. 5.

Fig. 5. Fotografía rara de gafas de periscopio americanas

Generación cero.

Los avances en óptica electrónica a mediados de los años 30 hicieron posible reemplazar la transferencia directa de imágenes por el enfoque mediante un campo electrostático. Zvorykin, Farnsword, Morton y von Ardenna trabajaron activamente en esta dirección en el extranjero y en la URSS: G.A. Grinberg, A.A. Artsimovich. Como resultado, se desarrollaron sistemas de tres y luego de dos electrodos, que proporcionan una amplificación del orden de cientos de veces con envoltura simultánea de imágenes (Fig. 6).

Fig. 6. Diseño de un intensificador de imágenes de tres electrodos.

1 – fotocátodo
2 – manguito
3 – cuerpo
4 – electrodo de enfoque
5 – ánodo
6 – pantalla

Trabajos posteriores llevaron al descubrimiento del “fotocátodo multialcalino” (S-20), compuesto por arseniuros de sodio y potasio dopados con cesio. Este fotocátodo ha sido la base de la mayoría de los tubos intensificadores de imágenes de casi todos los tipos durante 40 años. Un tubo intensificador de imágenes con transferencia electrónica de imágenes y un cátodo multialcalino pertenece hoy a la generación cero, en la jerga de los especialistas cero”. Los representantes más comunes de esta familia en Rusia son el V-8, el famoso “ocho”, y el K-4, que resulta interesante como simple convertidor.

La eficacia de este tipo de Los tubos intensificadores de imagen se pueden determinar aumentando el flujo luminoso hp (coeficiente de conversión).

hф(l) = Sk x U x g,

donde
Sk – sensibilidad del cátodo, generalmente expresada en µA/lm;
U – voltaje aplicado, V;
g – eficiencia luminosa de la pantalla, lm/W.

Por ejemplo, para B-8, la sensibilidad integral de un fotocátodo multialcalino puede ser 200 μA/lm, U — unos 20 kV, g unos 30 lm/W. El flujo luminoso aumentará 120 veces. De manera similar, se puede determinar el coeficiente de conversión del flujo radiante monocromático hф(l) en lm/W, es decir, a una longitud de onda específica. La sensibilidad espectral también se indica en lm/W.

Los tubos intensificadores de imagen de este tipo ya han sido descontinuados en todo el mundo y reemplazados por convertidores de generaciones posteriores, más eficientes pero también más caros. La producción de «ceros» que quedó en Rusia apoyó a la industria óptica nacional, que perdió el mercado para sus propios productos durante la crisis de principios de los años 90. Muy rápidamente se lanzó la producción en masa de dispositivos de visión nocturna baratos, que llenaron los estantes. Hoy en día, los convertidores de 0.ª generación se pueden comprar por 20 dólares cada uno y montarlos con una fuente de alimentación de alto voltaje (HVPS) por aproximadamente 50 dólares. Combinado con los bajos requisitos de los componentes ópticos de este tipo de NVD, su coste oscila entre 100 y 200 dólares. Las características insuficientes permiten que estos dispositivos sean considerados sólo como souvenirs o juguetes, lo que a menudo los compradores subestiman. Sin embargo, han encontrado su nicho de mercado, definiendo el rango de precios más bajo de los NVG.

La mayor desventaja de un tubo intensificador de imagen con transferencia de imagen electrostática es la fuerte disminución de la resolución desde el centro del campo de visión hacia los bordes debido a la falta de coincidencia de la imagen electrónica curvilínea con el fotocátodo plano y la pantalla. Para solucionar este problema, empezaron a hacerlas esféricas, lo que complicó notablemente el diseño de lentes normalmente diseñadas para superficies planas.

Primera generación

El desarrollo de la fibra óptica en Estados Unidos en los años 60 permitió mejorar los tubos intensificadores de imagen. Sobre la base de placas de fibra óptica (FOP), que son un paquete de muchos LED, se desarrollaron lentes planocóncavas que se instalaron en lugar de las ventanas de entrada y salida. La imagen óptica proyectada sobre la superficie plana de la fibra óptica se transmite sin distorsión hacia el lado cóncavo, lo que asegura el emparejamiento de las superficies planas del fotocátodo y la pantalla con un campo electrónico curvo.

Como resultado del uso del VOP, la resolución se volvió la misma en todo el campo de visión que en el centro. Los tubos intensificadores de imagen con VOP y enfoque electrostático fabricados en masa pertenecen a la primera generación. En la fabricación de estos tubos intensificadores de imagen se empezó a utilizar un fotocátodo sensible S-20. Además, en el diseño de los NVD de primera generación se empezaron a utilizar lentes de espejo, lo que permitió mejorar los parámetros de peso y tamaño.

Actualmente, imagen de primera generación Los tubos intensificadores todavía se utilizan en miras nocturnas para rifles de caza y se utilizan con éxito cuando solo se requiere la conversión de longitudes de onda del infrarrojo cercano en luz visible, por ejemplo, para la inspección visual del ensamblaje de sistemas de comunicación óptica, en medicina, donde se utilizan láseres YAG con Se utiliza una longitud de onda de radiación de 1,06 μm.

Tubos intensificadores de imagen de múltiples etapas

Mientras la tecnología de fibra óptica se desarrollaba en el extranjero, en la URSS los tubos intensificadores de imagen en cascada M.M. Butslova. El diagrama de una de las muestras más exitosas, el U-72, se muestra en la Fig. 7. En este diseño, la ganancia total es igual al producto de las ganancias de todas las cámaras y puede llegar a 107 veces.

Arroz. 7. Diseño de un tubo intensificador de imagen de dos etapas con enfoque electrostático de electrones del tipo U-72.

La producción de tales tubos intensificadores de imagen se asoció con importantes dificultades tecnológicas, en particular, requirió el uso únicamente de sopladores de vidrio altamente calificados. Además, la resolución en los bordes del campo de visión se deterioró a 2-3 líneas/mm. Sin embargo, el uso masivo de convertidores en cascada aseguró la superioridad táctica de las fuerzas armadas de la URSS en el período 50-60.

El uso de VOP para unir cámaras simplificó el montaje y mejoró la calidad de la imagen; el uso de cerámica metálica en lugar de vidrio aumentó significativamente la resistencia de la estructura. Estos tubos intensificadores de imagen fueron producidos con éxito por RCA, ITT (EE.UU.), Philips (Países Bajos) y algunos otros. No temían las llamaradas brillantes y su único inconveniente es su considerable longitud a lo largo del eje óptico.

El dominio de diez años de los tubos intensificadores de imágenes en cascada dio paso a un rápido abandono de su uso y al desplazamiento de los tubos intensificadores de imágenes de generaciones posteriores. Hoy en día, estos convertidores no tienen uso comercial; el equipo militar que queda de la época de la URSS está equipado con modernos tubos intensificadores de imágenes de pequeño tamaño. Sólo pudieron superar el impasse tecnológico emergente en la URSS en los años 80.

Segunda generación

En los años 70, basándose en la tecnología VOP, empresas estadounidenses desarrollaron un amplificador de emisión secundario en forma de placa de microcanal (MCP). Este elemento es un tamiz con canales regularmente espaciados con un diámetro de aproximadamente 10 micrones y un espesor de no más de 1 mm. El número de canales es igual al número de elementos de la imagen y es del orden de 106. Ambas superficies del MCP están pulidas y metalizadas, y se aplica un voltaje de varios cientos de voltios entre ellas.

El principio de funcionamiento está bien ilustrado en la Fig. 8. Al entrar en el canal, el electrón choca con la pared y elimina los electrones secundarios. En un campo eléctrico de tracción, este proceso se repite muchas veces, lo que permite obtener un factor de ganancia Nx104 veces. Para la obtención de canales MCP se utiliza fibra óptica de diferente composición química. Después de recibir la lavadora, los núcleos de fibra se disuelven en reactivos químicos.

Fig. 8. Principio de funcionamiento de un amplificador de emisión secundario en forma de placa de microcanal.

La producción de MCP, al igual que los VOP, se considera una alta tecnología que garantiza la producción de tubos intensificadores de imagen de pequeño tamaño y energéticamente eficientes, adecuados para su uso en NVG montados en la cabeza, es decir, gafas y monoculares. La rotación de la imagen en los tubos intensificadores de imagen con MCP, clasificados como generación II, todavía se realiza mediante enfoque electrostático (Fig. 9). El prólogo del uso exitoso de los binoculares para apoyar las operaciones de las fuerzas especiales de los ejércitos de los países de la OTAN fue el modelo AN/PVS-5B de Litton (EE.UU.) (foto 1).

Fig. 9. Diseño de un tubo intensificador de imagen con lente electrostática

1 – fotocátodo
2 – ánodo
3 – placa de microcanal
4 – pantalla

Foto 1 .Gafas AN/PVS -5V de Litton (EE.UU.)

.A finales de los años 70 se desarrollaron tubos intensificadores de imagen con MCP de diseño biplanar, es decir, sin lente electrostática, una especie de retorno tecnológico a la transferencia directa de imágenes, como en el cristal Holst (Fig. 10). Praxitronic (Alemania) produce diseños similares, incluidos los multimodales. Los tubos intensificadores de imagen en miniatura resultantes, con un diseño moderno, ya clasificados como generación II+, permitieron desarrollar gafas de visión nocturna (NVG) de un sistema pseudobinocular, donde la imagen de un tubo intensificador de imagen se divide en dos oculares. utilizando un prisma divisor de haz. La rotación de la imagen aquí se realiza utilizando minilentes adicionales (foto 2).

Fig. 10. Diseño de un intensificador de imágenes plano

1 — fotocátodo
2 — placa de microcanal
3 — pantalla

Foto 2. El dispositivo del circuito pseudobinocular ONV (usando el ejemplo de 1PN74).

1 — Edificio ONV
2 — ocular
3 — lente envolvente
4 — espejo
5 — colimador (lupa) con prisma
6 — Edificio ONV
7 — Iluminación IR
8 — Intensificador de imagen
9 — cuerpo de la lente
10 — lente
11 — tapa de lente

Pseudobinocular — el diseño no sólo es ergonómico, sino también muy económico, gracias al uso de un tubo intensificador de imagen, que es la unidad más cara: alrededor del 50% del coste. El peso de estos NVG oscila entre 500 y 700 g. Hoy en día, son los NVG más utilizados en las fuerzas armadas y los servicios de inteligencia de varios países del mundo. Por ejemplo, AN/PVS-7 en EE.UU. y la OTAN, 1PN74 en Rusia. Cabe señalar que la producción en masa de estos sistemas comenzó en los EE. UU. a mediados de los años 80, y en Rusia recién ahora, aunque el desarrollo del modelo nacional se completó a principios de los años 90.

Tercera generación

El siguiente paso en el desarrollo del intensificador de imágenes se determinó aumentando la sensibilidad del fotocátodo. Esto fue posible gracias a una investigación puramente científica. Como resultado de una investigación fundamental que comenzó en los años 70, se descubrió que el material óptimo para crear un fotocátodo es el arseniuro de galio, que es capaz de emitir electrones de manera efectiva con una radiación inicial con una longitud de onda de 0,9 μm o menos.

Sin embargo, la implementación de AsGa-PC se vio obstaculizada durante mucho tiempo por la presencia de una barrera de energía que no permitía que los electrones escaparan de la superficie de la capa semiconductora (la barrera potencial de afinidad electrónica). Este problema fue resuelto con éxito por Scher y Van Laar, empleados del Centro de Investigación Philips, así como por Williams y Soyman, proponiendo la teoría de OES (afinidad electrónica negativa).

La obtención de AsGa-PC sólo es posible en condiciones de vacío ultraalto del orden de 10-10 10-11 mmHg, y todo el proceso debe llevarse a cabo bajo el control de sofisticados equipos de diagnóstico. Debido a la rápida oxidación de la superficie del fotocátodo en el aire, el tubo intensificador de imágenes de tercera generación también debe ensamblarse en una cámara de vacío utilizando manipuladores. Como resultado, la producción del tubo intensificador de imagen de tercera generación requiere más de 400 operaciones tecnológicas. Todo esto determinó el altísimo coste de estos convertidores.

Inicialmente, la tecnología industrial AsGa-FC fue desarrollada por la empresa estadounidense Varian, de la que fue adquirida para su producción en masa por ITT Night Vision y Litton, empresas líderes en EE. UU., fabricantes de NVG militares para las necesidades de la OTAN.

Las altas características del intensificador de imagen III permitieron a estas empresas desarrollar ONV binoculares de aviación: ANVIS/AVS-6 para pilotar helicópteros y AVS-9 para aviones en condiciones nocturnas a baja altitud, lo que permite Le permite volar en formación cerrada, reconocer objetivos y obstáculos en el área.

El desarrollo científico a largo plazo y la compleja tecnología de fabricación, que determinan el alto coste del tubo intensificador de imagen de tercera generación, se ven compensados ​​por la altísima sensibilidad del fotocátodo. La sensibilidad integral de algunas muestras alcanza los 2000 mA/W, el rendimiento cuántico (la relación entre el número de electrones emitidos y el número de cuantos con una longitud de onda en la región de máxima sensibilidad que incide en el fotocátodo) supera el 30%. (Figura 3).

Por supuesto, durante el desarrollo del tubo intensificador de imagen III se aplicaron los logros de las tecnologías de todas las generaciones anteriores, lo que hizo posible crear un diseño subminiatura. El diámetro estándar del fotocátodo/pantalla es de 18 mm, y mucho menos de 25 mm para los sistemas de mira. En la carcasa de estos intensificadores de imagen ya se encuentran integradas fuentes de alimentación de alto voltaje (VPS). El consumo de corriente no supera los 20 mA, con una tensión de alimentación de 3 V, lo que permite que los NVD modernos funcionen de forma continua durante casi un día utilizando dos pilas AA normales. Además, estos tubos intensificadores de imagen tienen indicadores de confiabilidad muy altos (el tiempo medio entre fallas es de aproximadamente 10 000 a 19 000 horas).

La alta sensibilidad del nuevo fotocátodo permitió ver en las peores condiciones, lo que se denomina “luz estelar nublada”, que significa presencia de nubes y ausencia de luna. La iluminación en este caso es de 5×10-4 lux. Los NVD con intensificador de imagen II estaban orientados para funcionar en condiciones de “iluminación nocturna natural (NIL) — 5×10-3 lux, es decir, a la luz de estrellas sin nubes ni luz de luna. Desde 1992, ITT y Litton NV suministran gafas PVS-7B y ANVIS con intensificador de imagen III para satisfacer las necesidades de los ejércitos estadounidenses y aliados, según contratos industriales plurianuales Omnibus III (Omni IV desde 1996 y Omni V desde 1998).

Los IEC III se consideran hoy en día una tecnología militar clave. Su presencia crea una gran ventaja para el ejército y la aviación sobre un enemigo potencial en el combate nocturno. Actualmente, los servicios de seguridad, las fuerzas del orden y los servicios de rescate de los países desarrollados también compran a gran escala estos dispositivos de visión nocturna.

Además de Estados Unidos, sólo Rusia produce convertidores basados ​​en AsGa-FC. El desarrollo del intensificador de imágenes III sufrió un gran retraso debido a cierto atraso tecnológico, lo que provocó una crisis que se hizo evidente con el inicio de la guerra en Afganistán. El embargo impidió la compra del equipo necesario en el extranjero. Sin embargo, se superaron los obstáculos existentes.

Actualmente, dos empresas rusas, “Kathod” (Novosibirsk) y Geophysics-NV (Moscú), producen tubos intensificadores de imagen III y los ofrecen a precios de alrededor de 1500 — $1800 dependiendo tipo de diseño y características. Geophysics-NV” es también la empresa rusa más avanzada en términos de desarrollo y producción de gafas de aviación. Las gafas 1PN74 con intensificador de imagen III utilizadas en el ejército ruso son producidas por la Empresa Unitaria Estatal «Alfa&#187. (Moscú), desarrollado por SKTB TNV, para las necesidades de la aviación, la misma empresa suministra gafas para helicópteros «ONV-1». Cabe señalar que la distribución de este tipo de productos de alta tecnología está controlada por el estado.

 IEC II+ y SUPER II+

La falta de mercados internos necesarios para la venta de componentes tan caros como el intensificador de imagen III ha llevado a la mayoría de los fabricantes de NVD a dudar de la capacidad de recuperar costes al ponerlos en producción. Una alternativa era mejorar la eficiencia de los convertidores existentes. El desarrollo de esta dirección condujo a un retorno al cátodo multialcalino, inicialmente con mayor sensibilidad en la región IR (S-25), manteniendo las soluciones de diseño logradas en la III generación. Posteriormente se desarrolló un fotocátodo con una sensibilidad particularmente alta (S-25R) (Fig. 3). A partir de estos cátodos se fabrican hoy en día tubos intensificadores de imagen de las generaciones II+ y SUPER II+, respectivamente. Se utiliza una clasificación similar para la primera generación.

Los fabricantes de tubos intensificadores de imagen III admiten que no existen diferencias fundamentales en la eficiencia entre los nuevos sistemas Super II+ y III generación. Las ventajas de los convertidores de tercera generación se vuelven obvias a medida que estos dispositivos envejecen, ya que los fotocátodos S II+ pierden sensibilidad (se degradan) con el uso. La vida útil de estos tubos intensificadores de imagen es de unas 3000 horas y su coste oscila entre 600 y 900 dólares, según el diseño.

El conocimiento de los principios de los tubos intensificadores de imagen y su tecnología de producción nos permite determinar las principales características de los NVG y su coste esperado. Para navegar rápidamente dentro del marco de la clasificación considerada, conviene utilizar la tabla que resume las principales características del intensificador de imágenes. Sin embargo, para una evaluación más completa, es necesario comprender los requisitos específicos de los componentes ópticos y el diseño de dichos dispositivos. La calidad conseguida de los componentes ópticos no limitó el desarrollo de tubos intensificadores de imagen. El límite de resolución, que determina las dimensiones angulares mínimas de un objeto observable, está determinado por la resolución de los MCP utilizados, es decir, el diámetro de los canales. Hoy en día, los NVG proporcionan una media de 30 a 40 líneas/mm; los mejores ejemplos de tubo intensificador de imagen III, destinados principalmente a la aviación, alcanzan las 64 líneas/mm. El diámetro de los poros en tales MCP es de 5 a 6 micrones con un espesor de centésimas de mm. Debido a su alta fragilidad, estas placas son extremadamente difíciles de fabricar y procesar.

En el diseño de los NVG sólo se utilizan lentes de apertura ultraalta. La lente óptima es la que tiene una apertura relativa (factor F) de 1:1,4, los mejores modelos tienen 1:1,1 (para sistemas montados en la cabeza con un aumento de imagen de 1x, es decir, gafas, monoculares). Conociendo el diámetro estándar del fotocátodo, 18 mm para II+ y superiores, no es difícil determinar otros parámetros básicos de los NVG modernos: ángulo de campo de visión de 40°, distancia focal de 25 mm. Hoy en día, se fabrican lentes con un ángulo de campo de 50° e incluso 60°, con una disminución proporcional de la distancia focal, que corresponde al ángulo del campo de visión del ojo con alta claridad. Los requisitos ergonómicos para minimizar los parámetros de peso y tamaño de los NVG y la calidad de la imagen obligan al desarrollo de lentes multicomponente (hasta 10, normalmente lentes delgadas), difíciles de fabricar y, por tanto, caras. La excepción son las lentes «cero» — diseños generalmente económicos de cuatro piezas. Las diferencias en la estructura antropométrica de la cabeza obligan a los desarrolladores a introducir un mecanismo de alineación basado en los ojos (la distancia entre los ejes ópticos de los ojos de diferentes personas varía de 56 a 72 mm), o a lograr diámetros significativos de las pupilas de salida de los oculares, de más de 14 mm, lo que también complica el diseño de los NVG montados en la cabeza.

También surgen problemas a la hora de desarrollar miras de visión nocturna. En particular, es necesario introducir una marca de orientación y garantizar una distancia ocular del ocular de más de 50 mm, lo que provoca un aumento de tamaño y peso del cristal; altos requisitos de resistencia mecánica. Los visores nocturnos y binoculares modernos ofrecen un aumento de imagen de 3 a 5x con distancias focales de 75 a 120 mm y una relación de apertura de aproximadamente 1:1,5. Para utilizar gafas pseudobinoculares como binoculares, se utilizan accesorios afocales que se montan en la lente principal (se suministran en un juego o bajo pedido especial). Para reducir el peso de los NVD, se suelen utilizar lentes de espejo, aunque los diseños de lentes tradicionales siguen siendo los más comunes.

En conclusión, cabe señalar que la historia de NVD no se limita al nivel alcanzado. La continua expansión de los volúmenes de producción y ventas y el mayor interés de todos los participantes en el mercado de alta tecnología por nuevos productos indican amplias perspectivas para la tecnología de visión nocturna. A pesar de que los NVG con intensificador de imagen III son capaces de realizar tareas en las noches más oscuras, actualmente se está trabajando activamente para desarrollar un tubo intensificador de imagen de IV generación y mejorar los circuitos de los propios NVG. La mayor parte del trabajo está relacionado con la mejora de las características energéticas, el diseño y la ampliación de la funcionalidad de los dispositivos. También es de gran interés el desarrollo de fotocátodos con sensibilidad extendida a la región IR de longitud de onda larga. Litton logró un buen resultado al desarrollar un sistema «infrarrojo avanzado&#187. Tubo intensificador de imagen III, que se puede utilizar para detectar la radiación de un láser YAG con una longitud de onda de 1,06 µm, utilizado en todos los ejércitos para necesidades de alcance.

Tabla 1. Principales características del tubo intensificador de imagen (seleccionado*)

* Esta tabla no muestra una serie de características importantes, por ejemplo, límite de resolución (líneas/mm), consumo de corriente (mA) y otras. Estas características se pueden tener en cuenta de forma similar o como parte del producto.

** Los tubos intensificadores de imágenes multicámara y los tubos intensificadores de imágenes con un diámetro de fotocátodo aumentado (25 mm frente a 18 mm) no se tienen en cuenta, requieren diseños NVD especiales.

*** ENO — ; «iluminación nocturna natural» normalizada, 5×10-3 lux, luz de estrellas sin luz de luna ni nubes; Intensificador de imagen III — también, pero a 5×10-4 lux, «nublado» luz de las estrellas, cielo entre nubes.

Desafortunadamente, el volumen limitado del artículo de la revista no nos permite cubrir con más detalle los numerosos eventos, a menudo dramáticos, que acompañaron las etapas de desarrollo y mejora de la tecnología de visión nocturna. Un lector que no haya estado en contacto con el mundo de los dispositivos de visión nocturna sin duda se sorprenderá al conocer la magnitud de la influencia de estas famosas obras de tecnocultura en muchas decisiones militares y políticas de la segunda mitad del siglo XX. Incluso los especialistas pueden sorprenderse no menos por la magnitud de los costos para el desarrollo y la producción de muestras NVD tanto tradicionales como más nuevas utilizando casi todos los tipos de tubos intensificadores de imagen descritos. La gama más amplia de NVD del mismo diseño, por ejemplo, indica la falta de marketing cualificado en el mercado ahora internacional de NVD, con la excepción, por supuesto, de los representantes de EE. UU. Es muy posible que los problemas surgidos ayuden a superar los pocos artículos dedicados a la flota nacional y extranjera de tecnología nocturna, así como las perspectivas de su desarrollo, que el autor prevé ofrecer en los próximos números de la revista.

REFERENCIAS

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