Éjjellátók – fényalapú készülékek: Éjszaka minden macska szürke

Fényképek: Dr. Hans Gerhard Heuser, Franco Palamaro, Andreas Wilhelmus, andreas 06, Visier-Archiv, céges fényképek.

Már ősidők óta arra törekedett az ember, hogy az állatokhoz képest hiányos érzékelését elmésen kialakított készülékekkel feljavítsa. Legyen ez a madár repülése, a hallás vagy a látás erőssége. Ez szóban is kifejezésre kerül olyan mondatokban,mint „repülni, mint egy madár”, „hallani, mint egy hiúz” vagy „látni, mint egy sas”. A látásnál természetesen nem csak nappal, hanem éjszaka is el akarták érni egyes állatok teljesítményét. Tehát látni, mint egy bagoly, vagy mint egy macska. Az éjszakán áthatolni és látni azt, ami mások előtt rejtve marad, ez az, ami sok embercsoportnak hihetetlen előnyöket ad. Ahogy Hérakleitosz is mondta - polemos panton pater - a háború mindennek atyja, így a katonai felhasználás volt a hajtóerő az éjjellátók fejlesztésénél is.

Emellett áll a felhasználás a biztonsági szolgálatoknál, a tudományban és természetesen, mint ahogy az állatoknál, amik éjszaka ejtik el zsákmányukat, a vadászati felhasználás is. Maradjunk még egy kicsit a macskáknál, mint ismert éjszaka az összes szürke. Miért? A retinában fényérzékeny szenzorként az úgy nevezett csapok és pálcikák vannak. Amíg a fényre nem érzékeny csapok a színes látást teszik lehetővé, a pálcikák a spektrális különbségre érzéketlenek, de érzékenyebbek a gyenge fényingerekre.

Ahogy jön a szürkület, úgy hagyják egyelőre abba a munkájukat a csapok és eltűnik a színes látás, átveszik a munkát a pálcikák, de színinformációk nélkül, így minden tárgy szürkének látszik, tehát az éjszakai macska is. Ez az állat viszont egy különleges fiziológiai sajátosságnak köszönhetően éjszaka nagyon jól lát, a természet itt pont azt a trükköt alkalmazza, amit az emberek az éjjellátóknál használnak, mégpedig egy fajta képfelerősítést. A macskának a nagy pupillanyílás mellett van a retinája mögött egy további réteg, az úgy nevezett „tapetum lucidum". Ez visszaveri a beáramló fényt, így a retina dupla mennyiségű ingert kap. Teljes sötétségben azonban már a macskának sem segítenek a szemei, ilyenkor épp olyan vak, mint az ember.

 

Ebből két végső következtetést vonhatunk le egy olyan segédeszköz létrehozásához, amivel az ember éjszaka is felismerheti a környezetét. Az első az, hogy „megvilágítjuk” a környezetet valamilyen fénnyel, ami nem látható, de egy segédeszközzel felhasználható a képalkotáshoz. Vagy másodikként, egy olyan készüléket kell csinálni, ami a macskát utánozva a kis rendelkezésre álló fényt felerősíti és abból generál képet. Ezen technológiák kombinálása is elképzelhető természetesen, és már meg is valósították. Ennek megfelelően a különböző készülékeket „aktív” éjjellátónak nevezik, ha egy segéd fényforrást is használnak, vagy „passzív” készüléknek, ha csak a rendelkezésre álló fényt használják ki.

Az NSG-66, a Carl Zeiss Jena NVA-ja eredetileg egy sokkal nagyobb akkumulátor tartóval volt, amit vállon viseltek, egy övvel.

Van még egy további lehetőség, mégpedig a testek saját sugárzását, főleg az élő testek hősugárzását kihasználni és abból képet alkotni. Éppen ezért hívják őket hőkép alkotó készülékeknek vagy hőkameráknak (angolul: Thermal Vision Devices) az egyéb éjjellátó készülékekkel ellentétben, rövidítve NSG (angolul: NVD = Night Vision Devices).

Vissza az éjjellátókhoz. A fény az elektromágneses sugárzás spektrumának egy kis része, amire az emberi szem érzékeny. Ez a sugárzás kiterjed a rádióhullámokra, a mikrohullámokon át, az infravörösre („vörös alatti”), a látható fény, ultraibolya („ibolyántúli”), röntgensugarak és gammasugarak egészen a kozmikus sugárzásig. Az úgy nevezett „hullám-részecske-kettősség” miatt az elektromágneses hullámok rendelkeznek részecsketulajdonságokkal is (fotonok) A röntgen- és magasabb energetikus sugaraknak főleg részecskekarakterisztikájuk van.

 

A látható sugárzási tartomány, amit mi fénynek nevezünk, kb. 350 nanométertől (nm, milliméter milliomod része, a hullámhossz mértékegysége) az ibolya tartományban, kb. 780 nanométerig tart a vörösben. A fény hullámhossza határozza meg azt, hogy az emberi szem milyen színt érzékel.

 

A késői szürkület a látható sugárzás egyre kevesebb lesz, ezzel egy időben az éjszakai látás is egyre gyengébb lesz és a felismerhetőség eltűnik. Végül eljön az idő, hogy segédeszközökhöz folyamodjunk.

 

Az éjjellátók felépítése

Mint tudjuk a fényt csak optikai alkatrészekkel (lencsékkel) lehet fókuszálni, de csak gyengíteni és nem felerősíteni. Keresni kell tehát egy másik módszert, ami az elektronika segítségével kínálkozik. Az éjjellátók optikai komponensekből és elektronikai komponensekből állnak, előbbi a képet alkotja, utóbbi pedig felerősíti. Éppen ezért az ilyen készülékeket optoelektronika készülékeknek nevezik. Az elektronika általi befolyásolásnál döntő a fény elektronokká való átalakításának lehetősége, ami a fotoelektromos hatáson alapul, aminek egyébként a magyarázatáért Albert Einstein Nobel-díjat kapott. Röviden, ha egy foton bizonyos anyagoknak ütközik, ki tud ütni egy elektront ezekből az anyagokból, amit aztán tovább fel lehet dolgozni. Az éjjellátók felépítése tehát az optikai komponensekből (objektív és okulár) valamint az elektromos komponensekből (képcső) áll. Az objektív lehetőleg sok fényt gyűjt, levetít ezt és így megvilágítja a képcsövet. Ahogy megszoktattuk az optikáknál van lehetőség arra is, hogy különböző távolságoknál élesítsünk. Mivel az éjjellátók kiváltképpen az IR tartományban dolgoznak, az objektíveknél is fontos, hogy különösen erre a spektrumra legyenek alkalmasak. Ugyan a hagyományos optikáknak is van egy bizonyos IR áteresztő képességük, itt különleges optikákat alkalmaznak megnövelt IR-fényáteresztéssel. A képcső a fellépő fényt egy eleltronképpé alakítja és ezt egy képernyőre vetíti ki, amit teljesen hagyományos egy okuláron keresztül nézünk. Az okulárok léteznek monokuláris és binokuláris kivitelben, ahol a binokuláris készülékeknél teljesen lehetséges, hogy a két okulár egy képosztón keresztül egy csőképernyőre nézzen. Az olyan készülékek azonban, amikben két cső van, egy sztereoszkópikus képet adnak és így egy tágasabb látást eredményeznek. Az éjjellátók tehát úgynevezett „segédszemüvegként” szolgálnak a szem hiányzó képességéhez úgy, hogy a csekély fény sugárzását felfogják, elektronikusan átváltoztatják, felerősítik és fényként leadják a látható tartományban.

Ez a vázlat leegyszerűsítve mutatja az éjjellátókban található képcső és az egyes elemek felépítését.

Egy elvágott 3. generációs MX-10130 fotokatódcső, gyártó: az amerikai Exelis.

 

A képcsövek technológiája

A különböző elektronikus képcső elve hasonlóan néz ki: Az objektív vetülete egy felülettel találkozik, amit egy ennek megfelelően érzékeny bevonattal láttak el, ezt úgy nevezik: fotokatód Egyébként a már „kihalóban” lévő TV képcsövek is a fényelektromos hatás elvét alkalmazzák. Itt alkálifémeket használnak azért, mert kevés energiára van szükségük ahhoz, hogy fényből és spektrális sávszélesség elektronokat hozzanak létre. Ezután következnek az elektromos felerősítő lépések és végül az elektronáramlat az anódnak ütközik, vagyis a képernyőnek, ami aztán az elektronok becsapódásától felvillan és a látható képet megjeleníti. Ide illeszkedik a fény elektronkép általi felerősítése is, ami a képcsövek különböző generációjánál egyre javult, erről most olvashatnak.

 

Képcső generációk

Az úgy nevezett „nulladik generációs” éjjellátókat még nem nevezhetjük képfelerősítőknek. Ezek többé-kevésbé a fellépő IR-fényt alakítják látható képpé és a képfelerősítés hiánya miatt egy IR megvilágításra van szükségük. Ennek az a hátránya, hogy egy jó teljesítményű energiaellátást kell magunkkal vinni, ami a felhasználás időtartamát korlátozza. Ezen kívül egy ilyen IR-forrást észre lehet venni, ami a katonai területen fatális lehet. A 0. generációs készülékek fejlesztése visszanyúlik a 20. század 30-as éveibe.

Manapság az orosz Typ XXX képcső található a legtöbb 1. generációs készülékben. Egy ilyen képcső átlagos élettartama kereken 2000 üzemóra.

Az 1. generációs csövek felépítése alapjában egyezik a 0. generációsokéval. Az új fotokatód bevonatok bevezetése (1950-es évek közepétől) azonban a csövek nagyobb fényérzékenységével járt. A fényerő javítására több lépcsőt is egymás mögé kapcsoltak, ami azonban a képhibákat is növelte.

A Visier író, Dr. Hans G. Heuser által épített éjjellátó, ami az objektívből, képcsőből, infravetőből és áramellátásból áll.

A leglátványosabb ugrást az éjjellátók fejlődésében a 2. generációs képcsövekre való váltás jelentette. Az 1960-as években ezt az ugrást az úgynevezett mikrocsatornás lemez (MCP, micro channel plate) kifejlesztése tette lehetővé.

A modern képcsövek, mint pl. a Photonis XR5 kevésbé érzékenyek a nappali fényre.

 

Az előző képcsövekhez képest az volt a különbség, hogy az elektronokat nem csak felgyorsították és így (még eléggé kicsit) felerősítették, hanem, hogy itt az elektron-sokszorozás elvét is bevezették. Itt az elektronok egy alkalmas anyaggal találkoznak és az energiájuknak köszönhetően több további elektront ütnek ki a felületből. Az egy felszabadult elektronok aztán folytatják ezt a hatást úgy, hogy egy lépcsőzetességről beszélhetünk. Ez az egész egy 100x-tól 1000x sokszorozódáshoz vezet. Egy külön fényforrásra így már nincs feltétlenül szükség. A mikrocsatornás lemez sok (kb. 2 millió) párhuzamos mikrocsővel rendelkezik, amik úgy helyezkednek el, hogy az elektronsugár a belsejének és így a bevonatnak tud ütközni és így elindítja a leírt hatást. A kép végül egy üvegszál kötegen keresztül továbbítódik, fókuszálódik és feláll. A felbontást természetesen a felületenkénti mikrocsatorna határozza meg.

Fent: Ez az elvi vázlat az lEA-Mil-Optics-tól elmagyarázza a maradékfény felerősítő optika felépítését és működését.

 

Az ábra a mikrocsatornákba beütköző elektronok lépcsőzetességének effektusát mutatja.

Így ezeknél a 2. generációs készülékeknél úgy nevezett „maradékfény felvilágosítókról” beszélünk, amik az éjszakai környezetben még jelenlévő fényt felerősítik és láthatóvá tudják tenni. A maradék fény itt származhat természetes fényforrásokból, mint a csillagok, de lehet mesterséges forrás is mint a települések fényei, autó fényszórók valamit ezek visszaverődése a felhőrétegekről. Összehasonlításképpen számolhatunk az alábbi adatokkal: 0,25 Lux Teliholdnál, 0,02 Lux Félholdnál, 0,001 Lux a csillagos égnél és csupán ennek a 10 százaléka (0,0001 Lux) Újholdál és felhős égnél. Az utolsó szituációknál a fényvetők segítenek, ezek manapság lézertechnológiával működnek.

Felemelkedve: Az éjjellátó szemüveg Helie (balra) helikopterhez és Angie (jobbra) vadászgépekhez a Thales-től.

A 2. generációs képcsöveket folyamatosan fejlesztették és ezért meg ma is használhatóak és alkalmazzák is őket. Például az MCP mikrocsatornáinak számát 10 millióra is növelték és egy nagymértékben javították a felbontást. Emellett az érzékeny tartományt tovább eltolták a távolabbi infravörösbe. Ezzel egy időben a jel-zaj arányt is javították. Ezért hívják ezeket a képcsöveket Gen 2+-nak.

 

Időközben a tervezők eljutottak a 3. generációhoz. A teljesítmény javításának lehetőségét egyelőre a fotokatódra és annak kvantumhatásfokára alapozták. Itt a fotokatód emissziós képességét egy újfajta Gallium-arzenides bevonattal tudták döntő mértékben javítani. Ezt az előny azonban egy olyan áron érték el, hogy most a fényforrások körül világos területek képződnek, úgy nevezett „halo-k”. Katonailag az ilyen GEN3 képcsöveket már 1991-ben használták az Öbölháborúban.

Az AN-PVS15 többek között a járművek vezetésére alkalmas háborús körülmények között.

 

Azóta természetesen folyamatosan haladt előre ezen újfajta technológia továbbfejlődése. Itt főleg az ion védőréteget kell megemlíteni: A képcsövön belül az elektronokon és a gyorsulási feszültség inhomogén elektromos mezője által (pozitív) ionok is keletkeznek, ellentétes irányba gyorsulnak a (negatív töltésű) elektronokhoz képest és í fotokatódnak ütköznek és ezt fokozatosan megsemmisítik. Ezért egy védőpajzsot tettek rá (ion védőréteg), ami az egyre erősebb teljesítményű, de ezáltal érzékenyebb katódokat védik. Ez a védőréteg azonban az elektronemissziót is akadályozza. A Gen 2+Gen 2+ képcsövekhez képest a Gen 3 változatok előnye abban mutatkozik, hogy még a nagyon csekély fényű környezetekben is használhatóak.

 

Hogyan tovább?

Amerikai fejlesztőknek nemrég sikerült a Gen 3.-as készülékeknél - különböző intézkedésekkel mint az „akadály ellenzőkkel” és a „gyorsulási sebesség ütemezésével” - az említett védőréteget vékonyabbá tenni vagy teljesen elhagyni. A képcsöveket ezért „filmless" (=réteg nélküli) vagy „thin-filmed” (=vékony rétegű)-nek nevezik, a feszültséget illetően „gated”. Az vitatható, hogy ezek a képcsövek megérdemlik-e a „4. generációs” elnevezést.

2 az 1-ben: A Thales Minie-D kombinálható a balra felszerelt hőkamera IR modullal és együtt használhatóak.

 

Európai oldalon is megvalósították ezt a fejlesztést és ugyanúgy készítettek erős teljesítményű képcsöveket. Ezek bizonyos paraméterekben még jobbak is, mint az amerikai képcsövek, más paraméterekben azonban alul maradnak. A kiértékelés ezért nehezen kivitelezhető. Ezen kívül az amerikai képcsövekre szigorú kiviteli és továbbadási tilalom van.

 

Egyre több digitális készülék is piacra kerül, amik az infraérzékeny CCD érzékelőkön alapulnak. A rövidítés jelentése charge-coupled device (= töltéscsatolt készülék). Ezek a CCD chipek határozzák meg régóta a digitális kamerák képminőségét is. Ezek az érzékelő chipek olcsóbban gyárthatóak, viszont még nem érik el a képcsövek teljesítményét.

 

Mindenesetre a fejlesztés a kisebb, gyorsabb jobb irányba megy. Ez azt jelenti, hogy a készülékek kialakítása kézre állóbb lesz, kevesebb képhiba lesz és természetesen érzékenyebbek lesznek nagyobb spektrumtartományban. Biztosak lehetünk abban, hogy a laborok már előbbre vannak a fejlesztésekben, amit azonban taktikai okokból még titokban tartanak.

 

Gondolatok a vásárlás előtt:

 

Egyet mindjárt elöljáróban: Nem kell mindig minden célra a legdrágább készüléket megvenni, de a magas teljesítménynek meg kell fizetni az árát.

A Schmidt & Bender kétszemes éjjellátó két különálló monokulárból áll, amit egy híd köt össze.

 

Először azzal kell foglalkozni, hogy milyen IR spektrumban akarjuk használni az éjjellátót, vagyis: Mit akarunk megfigyelni vele? Mindenekelőtt ha az IR megvilágításról van szó, nagyon fontos, hogy az infravető megvilágítási tartománya egyezzen a képcső érzékenységének tartományával. A gyártó adatlapja elárulja, hogy milyen tartományban működik a legjobban a képcső. Ennek megfelelően kiválaszthatjuk a megfelelő infravetőt. A vadászoknak itt figyelniük kell arra, hogy az idősebb állatok, főleg az őzsuták, eléggé belelátnak az IR tartományba. Ha egy olyan infravetőt választunk, ami túl rövid hullámhosszon működik, ezt észre fogja venni a vad és ennek megfelelően megugrik (menekül).

 

Ezért itt összefoglaljuk az egyes készülék generációk spektrumait: A Gen 0 nyújtja a legnagyobb spektrumot 750 - 950 nm-ig de szinte semmi felerősítést. A Gen 1 a 750 - 800 nm-es hullámhosszt érzékeli, a Gen 2 a 780 - 850 nm-t és a Gen 3 a 780 - 920 nm-t. A digitális készülékeknél a képérzékelő minőségétől függően 780 - 950 nm.

 

Következőnek a teljesítményt értékeljük a képhez képest. Itt a felbontás az ismert méret, vonalpár/mm-ben megadva. Ez az érték azt adja meg, hogy a képernyő mennyi világos-sötétátmenetet tud megjeleníteni. Aztán a fotokatód érzékenysége mikroamper/Lumen-ben és a jel/zaj arányt (= S/N oder Signat/Noise-Ratio) decibelben (dB).

A Gutzeit Night-Max M5-S egy 3. generációs képcsővel rendelkezik. Ez alatt egy Night-Fire 4 Turbo-860 infravető található fokozatmentes állítóval a sorozatosan gyártott, alul található ki-be kapcsoló gomb helyett.

Ezzel a tudással már elég jól keresgélhetünk az interneten található adatlapok és ajánlatok között. Jó címek itt például a Dedal, Alpha-Photonics, Yukon vagy akár az olyan cégek is, mint a Gutzeit, Jahnke vagy IEA Mil-Optics. Az említett választék csak példa és nem jelent minőségi értékelést! Egy keresővel nagyon sok találatunk lesz az interneten. A megfelelő vadászfórumokon találhatunk sok eszmecserét, összehasonlítást és véleményeket is. Habár az ottani bejegyzésekkel kapcsolatban inkább legyünk kritikusak és nézzünk utánuk. Ha már nagyjából kialakult az elképzelésünk, akkor mehetünk egy szakkereskedésbe és ott kérhetünk tanácsot.

Bizonyos Red-Dot irányzékokat éjszaka is használhatunk a pl. sisakra felszerelt éjjellátó szemüvegekkel.

 

Sok adatlap a teljesítmény adatokat egy verbális leírás segítségével is megadja a műszaki lehetőségeket a különböző távolságokhoz képest. Itt az alábbi fogalmak alakultak szabvánnyá:

 

- Észlelés: Az objektum kiemelkedik a háttérből (látjuk, hogy az ott valami, de többet nem).

 

- Felismerés: Az objektumot be tudjuk sorolni egy kategóriába (állat, ember, jármű stb.).

 

- Beazonosítás: Az objektumot egyértelműen meg tudjuk határozni és felismerjük a részleteket (pl. 800 m távolságról meg tudunk különböztetni egy rókát egy nyúltól).

Az L3 WS/lnsight GPNVG-18 (Ground Panorama Night Vision Goggle) négy objektívje 97°-os látómezőt ad.

 

Nos, még ki kell választani a felépítést. Elég egy monokuláris készülék, legyen egy binokuláris egy vagy két képcsővel, szükségünk van-e egy fejre rögzíthető tartóra a hosszabb megfigyelésekhez és szabad kezekkel?

Az éjjellátóval kompatibilis EOTech Holosight célkeresztje jól láthatóan kitűnik a háttérből egy maradékfény felerősítő optikán (éjjellátón) keresztül.

 

Végül még egy javaslat: Semmiképpen ne vegyünk zsákbamacskát, hanem kérjük el a beszerelt képcsövek nevét, típusát és adatlapját és a bizalmunkat évező kereskedőnél egy próbát is beszéljünk meg. Ha végül meggyőződtünk egy modellről, akkor vegyük meg azt a készüléket amit kipróbáltunk, mert különbségek nem csak a használt katonasági készülékeknél lehetnek, hanem az új készülékeknél is előfordulhatnak még a manapság olyan magas gyártási szabványok ellenére is.

Németországban tilos használni az éjjellátó előtéteket mint pl. a Zeiss NSV 600-at.

Hozzászólások nincsenek engedélyezve