야간 조준경

<시간 />

배경

야간 스코프 또는 야간 투시 장치는 매우 낮은 조명 조건에서 사람의 시력을 강화하는 데 사용됩니다. 야간 투시경에는 여러 유형이 있습니다. "능동" 야간 투시 장치라고도 하는 적외선 이미징 시스템은 장면에 적외선을 집중시킵니다. 적외선은 사람이 볼 수 있는 빛의 스펙트럼을 넘어서므로 빔 자체는 감지할 수 없습니다. 이미지 변환 기술은 적외선에 의해 조명된 장면을 가시 이미지로 변환합니다. 열화상 시스템은 물체, 사람 또는 동물이 방출하는 열 패턴을 시각적 이미지로 변환하는 유사한 방식으로 작동합니다. 전시용으로 완벽하고 오늘날 상업적으로도 이용 가능한 야간 투시 장치를 "수동형" 야간 투시 시스템이라고 합니다. 이 시스템은 별빛과 같은 최소한의 빛에서 포착한 이미지를 가시적인 이미지로 증폭합니다. 수동 야간 투시경 장치를 통한 시야는 맨눈으로 볼 수 있는 것보다 20,000배에서 50,000배 더 밝을 수 있습니다.

야간 투시 장치는 군사용으로 개발되었으며 어둠 속에서 보는 것이 명백한 전술적 이점입니다. 미국은 베트남 전쟁에서 야간 투시 장치를 사용했고 페르시아만 전쟁에서 큰 효과를 발휘했습니다. 야간 투시 장치는 도시 및 농촌 경찰에서도 사용됩니다. 1990년대 후반에는 야간 투시 장치가 더 많은 상업적 판매점을 찾았습니다. 일부 고급 자동차에 사용되기 시작했으며 레크리에이션 용도로 소비자에게 직접 판매되고 있습니다.

연혁

야간 투시 장치에 대한 연구는 1940년대에 시작되었습니다. 미군은 1940년대 후반에 야간 투시 기술 개발 프로그램을 수립했고 1950년대에는 실행 가능한 적외선 관측 시스템을 내놓았습니다. 이것은 적외선 광선을 직접 사용하는 능동 기술이었습니다. 빔 자체는 맨눈으로 볼 수 없지만, 동등한 기술로 무장한 적들은 쉽게 빔을 들 수 있다. 1950년대와 1960년대에 사용된 적외선 뷰어를 "0세대" 기술이라고 합니다.

버지니아 주 로어노크에 있는 ITT Corporation(현재 MIT Industries, Inc.)은 1958년에 미군용 야간 투시 장치를 생산하기 시작했습니다. 미 국방부는 1965년에 기존 기술 개선에 전념하는 자체 야간 투시경 연구소를 설립했습니다. 1960년대에 과학자들은 작동 가능한 최초의 수동 야간 투시 시스템을 개발했습니다. 이 장치는 별빛에서만 볼 수 있는 이미지를 포착하고 증폭할 수 있었기 때문에 "별빛" 시스템이라고 불렸습니다. "1세대" 장치라고도 합니다. 그들은 실제로 달빛에서 가장 잘 작동했습니다. 1세대 야간 투시경은 베트남 전쟁 중 처음으로 전투에 사용되었습니다.

전쟁 직후에 개발된 향상된 기술로 인해 더 작고 부피가 적은 야간 투시 장치가 더 나은 해상도를 갖게 되었습니다. 이러한 보다 안정적인 장비를 "2세대"라고 합니다. 미군은 1970년대와 1980년대에 야간 투시 기술을 지속적으로 개발 및 개선하여 야간 투시경 표적 장치와 함께 무기 조준경을 장착하고 야간 투시경 고글을 착용한 조종사를 훈련했습니다. 패시브 2세대 장치는 조명이 매우 어두운 상황에서 좋은 가시 이미지를 생성할 수 있었습니다.

"3세대" 기술은 1980년대 후반에 개발되었습니다. 이 새로운 야간 투시 장치는 이미지 강화 튜브 내부의 광음극 재료에 갈륨 비소를 사용했습니다. 이것은 매우 낮은 조명 상황에서도 더 나은 해상도를 생성했습니다. 미군은 페르시아만 전쟁에서 야간 투시 장치를 광범위하게 사용했는데, 그 기술을 통해 군대는 어둠 속에서뿐만 아니라 먼지와 연기를 통해서도 볼 수 있었습니다. 1990년대 후반까지 국방부는 야간 투시경 개발을 위한 자금을 줄였으며 일부 제조업체는 장비에 대한 소비자 시장을 찾기 시작했습니다. 개인은 미국에서 야간 투시 장치를 구입할 수 있지만 수출은 여전히 ​​제한됩니다.

원자재

야간 투시 장치의 주요 작동 구성 요소인 이미지 강화 튜브는 수백만 개의 머리카락 가는 광학 유리 섬유로 구성됩니다. 사용된 유리는 가열 및 드로잉 시 원하는 특성을 보존하는 특정 공식입니다. 접안렌즈와 출력창에는 광학 품질의 유리가 사용됩니다. (출력창은 기존 쌍안경의 접안렌즈와 같은 접안렌즈입니다.) 이미지 강화 튜브에 사용되는 기타 재료는 인광체와 갈륨 비소입니다. 관체는 금속과 세라믹으로 구성되며, 사용되는 금속은 알루미늄, 크롬, 인듐 등을 사용할 수 있다.

디자인

수동 야간 투시경 장치는 렌즈, 이미지 강화 튜브 및 다른 렌즈를 통해 빛을 보내 작동합니다. 빛은 정밀 카메라 렌즈와 유사한 대물 렌즈라는 렌즈를 통해 들어갑니다. 렌즈는 이미지 강화 튜브에 빛을 집중시킵니다.

튜브는 야간 투시 장치에서 가장 복잡한 부분입니다. 정확한 사양으로 수작업으로 제작됩니다. 튜브는 광음극, 전원, 마이크로 채널 플레이트 및 형광체 스크린(전자에 의해 여기될 때 스크린이 빛을 방출함)이 있는 진공관입니다. 음극은 빛(광자)을 흡수하고 광자를 전자로 변환합니다. 전자는 튜브를 통과할 때 마이크로 채널 플레이트라고 하는 웨이퍼처럼 얇은 기구에 의해 수천 배 증가합니다.

표준 마이크로채널 플레이트는 직경이 1인치(25mm)이고 두께가 약 0.04인치(1mm)로 약 1/4 크기입니다. 이 판에는 수백만 개의 미세한 유리관 또는 채널이 통합되어 있습니다. 최신 야간 투시경 마이크로채널 플레이트에는 천만 개 이상의 채널이 포함되어 있습니다. 이 채널은 전자가 튜브를 통해 반사될 때 더 많은 전자를 방출합니다. 채널은 명확한 이미지를 생성하기 위해 플레이트에서 직경과 간격이 균일해야 합니다. 전자는 형광체 스크린을 때립니다. 형광체 스크린은 전자 이미지를 밝은 이미지로 다시 변환하고 출력 창에 초점을 맞춥니다.

전체 이미지 강화 튜브는 크기가 다를 수 있지만 완성된 튜브는 조준경이나 군용 고글에 들어갈 만큼 충분히 작을 수 있습니다. 예를 들어, ITT에서 현재 구할 수 있는 제품은 두 렌즈를 모두 포함하여 길이 4.5인치(11cm), 너비 5cm, 높이 2.25인치(5.5cm)인 3세대 단안경입니다. 전체 기기의 무게는 0.4kg(13.8oz)입니다.

제조
프로세스

야간 투시 장치의 제조 공정은 복잡합니다. 핵심 구성 요소인 이미지 강화 튜브를 만들기 위해서는 400가지 이상의 다양한 단계가 필요합니다. 제조업체는 공장의 여러 섹션에서 여러 주요 공정 단계를 동시에 수행합니다.

<올>

첫 번째 주요 단계는 광음극을 만드는 것입니다. 제조업체는 하청업체로부터 광음극판용으로 미리 성형된 유리 라운드를 구입할 수 있습니다. 작업자들이 유리 위에 갈륨 비소 웨이퍼를 떨어뜨리고 가열합니다. 이것은 유리에 갈륨 비소를 녹이기 시작합니다.

그런 다음 부품을 프레스에 넣고 갈륨 비소 기질을 단단히 결합합니다.

작업자는 부품을 연마하고 연마합니다.

한편, 유리 마이크로채널 플레이트는 투-드로우(two-draw) 공정으로 알려진 시스템을 사용하여 형성된다. 이것은 특수 공식 유리의 주조 또는 압출 잉곳으로 시작됩니다. 잉곳은 직경이 수 센티미터인 막대로 분쇄됩니다. 막대는 다른 유형의 유리 속이 빈 튜브에 끼워져 있습니다. 이것을 클래딩이라고 합니다. 클래딩 유리는 나중에 에칭되어 제거되지만 드로잉 과정에서 섬유가 더 균일해집니다.

이제 처음으로 유리가 그려집니다. 잉곳은 용광로 상단에 수직으로 매달려 있습니다. 용광로는 몇 피트 높이일 수 있습니다. 퍼니스는 길이에 따라 다른 지점이 다른 온도에서 유지될 수 있도록 매우 정밀한 온도 제어가 있습니다. 잉곳은 퍼니스 상단에서 약 500°C(932°F)로 가열됩니다. 수도꼭지에서 떨어지는 물방울처럼 잉곳의 바닥에 유리 구체가 형성됩니다. 구체가 떨어지면 직경이 약 0.04인치(1mm)인 단일 가닥의 유리를 끌어내립니다. 이 가닥은 늘어나면서 식습니다. 용광로 아래로 더 내려가면 섬유를 따라 구르는 트랙션 머신이 가닥을 잡아서 원하는 정확한 직경으로 만듭니다. 절단기는 섬유를 일정한 길이(약 15센티미터 길이)로 자르고 번들러로 전달합니다. 수천 개의 섬유가 육각형으로 함께 묶입니다. 그런 다음 이 육각형 번들이 두 번째로 그려지고 두 개의 그리기 프로세스에 이름이 지정됩니다.

두 번째 드로우는 첫 번째 드로우와 매우 유사하며 6각형 묶음이 존 퍼니스의 상단에 매달려 가열됩니다. 섬유는 직경이 약 0.04인치(1mm)인 육각형 모양으로 당겨집니다. 특수 유리는 단면 특성을 유지하기 때문에 이 두 번째 드로우의 섬유는 기하학적으로 더 큰 묶음과 유사하며 유리 튜브의 벌집 구조는 여전히 손상되지 않고 전체 구조는 크기가 축소되었습니다. (개별 유리관 사이의 공간은 이제 수백 밀리미터로 축소되었습니다.) 이 두 번째 드로잉에서 생성된 섬유도 첫 번째 드로잉과 유사하게 절단 및 번들링됩니다.

생성된 섬유 다발을 진공 상태에서 가열 및 압착하여 섬유를 서로 융합시킵니다. 이 시점에서 섬유 다발은 boule로 알려져 있습니다. 마이크로 채널 플레이트를 만들기 위해 boule은 웨이퍼 얇은 조각으로 약간 비스듬한 각도로 절단됩니다. 조각을 갈아서 연마합니다. 그런 다음 플레이트는 더 부드러운 클래딩 유리를 제거하기 위해 산 에칭으로 마무리됩니다. 클래딩 유리를 제거하면 플레이트 전체에 채널이 열립니다. 그런 다음 각 판은 니켈-크롬으로 코팅됩니다.

다음으로, 각 채널이 전하를 운반할 수 있도록 산화알루미늄 필름을 양면에 설정합니다. 이 완성된 마이크로채널 플레이트는 지정된 용도에 따라 직경이 다를 수 있지만 두께는 약 1mm(0.04인치)로 유지됩니다. 완성된 마이크로채널 플레이트의 표준 크기는 직경이 0.9인치(25mm)이지만 직경이 4.9인치(12.5cm)까지 클 수 있습니다.

다음으로 형광체 스크린과 튜브 본체를 조립합니다. 스크린 자체는 하청업체에서 공급할 수 있는 작은 광섬유 디스크입니다. Image Intensifier 제조업체는 스크린을 튜브에 고정할 금속 부품에 스크린을 접착한 다음 형광체를 적용해야 합니다. 스크린을 플랜지에 떨어뜨리고 프릿(frit)이라고 하는 가용 재료의 링으로 결합합니다. 프릿은 고온에서 금속과 유리를 용접하는 특수 유리 화합물입니다. 다른 금속 부품은 스크린 위에 끼워져 작고 둥근 부품을 만듭니다. 이 부품은 프릿을 녹이고 모든 구성 요소를 함께 결합하는 용광로를 통해 트랙으로 보내집니다. 부품을 냉각, 세척 및 광택 처리한 후 인광체가 부품에 분사되거나 브러시로 도포됩니다. 물에 인광체 용액을 붓는다. 인광체가 스크린에 가라앉은 다음 물을 빼낸다.

작업자들은 일련의 작은 금속 및 세라믹 링을 함께 끼워 튜브 본체를 조립합니다. 각 링에는 튜브에 로드될 다양한 부품을 지원하는 정확한 기능이 있습니다. 이 때 절연체와 도체도 추가됩니다. 튜브 몸체의 일부 섹션은 인듐이라는 부드러운 금속으로 만들어집니다. 조립된 튜브는 용광로를 통과하고 인듐 부품이 녹아 융합되어 튜브를 함께 고정합니다.

모든 주요 부품을 제조할 때 손으로 튜브 본체에 로드합니다. 이것은 특수 클린룸 환경에서 수행되는 매우 섬세한 작업입니다. 클린룸 시설에서 작업자는 실험복, 장갑을 착용하고 작업 스테이션은 플라스틱 시트로 보호됩니다. 부품이 기계적으로 제자리에 고정됩니다. 먼저 마이크로 채널 플레이트가 본체에 잠겨 있습니다. 그런 다음 작업자는 전압을 전달할 부품에 전극을 가용접합니다.

부분적으로 조립된 장치는 배기 스테이션이라는 장비 옆에 있습니다. 배기 스테이션에서 공기가 튜브에서 제거되어 진공 상태가 됩니다. 진공 상태에서 음극이 제자리에 삽입되고 활성화됩니다. 일단 이것은 간단한 야간 투시경의 내부 메커니즘. 양극은 형광성이며 빛을 방출합니다. (텍스트는 형광체 스크린으로 형광성 양극을 나타냅니다.) 이 스코프는 이미지 품질을 향상시키기 위해 마이크로 채널 플레이트를 사용하지 않습니다. 더 복잡한 범위에서 마이크로 채널 플레이트는 음극과 양극 사이에 있습니다. 완료되면 본체, 음극 및 스크린이 함께 눌러집니다. 고압에서 부품 사이의 인듐 계면이 융합되어 모든 요소를 ​​영구적으로 결합합니다.

다음으로 Image Intensifier Tube는 활성화되어 예상 매개변수 내에서 작동하는지 확인하기 위해 여러 테스트 단계를 거칩니다. 튜브가 올바르게 작동하는 것으로 표시되면 작업자가 튜브를 전원 공급 장치에 연결합니다. 그런 다음 튜브는 단순한 플라스틱 컵과 유사한 "부츠"라는 조각으로 설정됩니다. 이 부츠는 튜브를 보호하기 위해 캡슐을 감싸는 하우징을 형성합니다. 부트는 진공 상태에서 닫히고 밀봉됩니다. 이제 이미지 강화 튜브가 완성되었습니다. 몇 차례 더 테스트를 거칩니다. 테스트는 사용 목적에 따라 다를 수 있습니다. 철저하게 테스트된 구성 요소는 최종 조립 프로세스로 이동합니다. 고글, 총기 조준경, 쌍안경 또는 최종 야간 투시경 제품이 무엇이든 여기에서 케이싱에 맞습니다.

품질 관리

이미지 강화 튜브가 올바르게 작동하려면 제조 공정의 모든 단계에서 품질 관리가 필수적입니다. 대형 제조업체는 각 단계를 테스트하거나 측정할 수 있도록 프로세스를 연마했으며 작업자는 부품이 품질 관리 요구 사항을 충족하지 않으면 다음 단계로 부품을 이동할 수 없습니다. 제조업체는 정교한 보정 장비를 사용하여 유리 섬유의 직경, 마이크로 채널 플레이트의 두께 및 다양한 용광로의 온도와 같은 항목을 측정합니다. 하청업체가 공급한 자재는 공장에 들어올 때 확인됩니다. 테스트에 사용되는 교정 장비는 자체적으로 정확성을 위해 자주 테스트됩니다.

최종 제품은 각 장치가 제대로 작동하는지 확인하기 위해 다양한 방법으로 테스트됩니다. 각 장치의 시각적 동작을 확인합니다. 다른 테스트는 불리한 조건에서 장치가 얼마나 견고한지를 보여줄 수 있습니다. 완성된 야간 투시경 장치는 충격과 진동에 어떻게 반응하는지 테스트할 수 있으며 낙하 테스트가 있을 수 있습니다. 일부 군사 요구 사항의 경우 장치가 극심한 열과 습도의 날에 노출될 수 있습니다.

부산물/폐기물

야간 투시 장치의 제조는 세척 및 에칭에 많은 화학 물질이 사용되기 때문에 일부 유해 폐기물을 초래할 수 있습니다. 그러나 일부 제조업체는 유해한 화학 물질을 독성이 덜하거나 독성이 없는 화학 물질로 대체할 수 있게 되었으며 일반적으로 이 기술이 처음 개발되었을 때보다 제조 공정이 더 깨끗해졌습니다. 이미지 강화 튜브는 비싸고 생산하기 어렵기 때문에 제조업체는 가능한 한 많은 스크랩을 회수하려고 합니다. 작동하지 않는 튜브가 만들어지면 분해하여 부품을 재사용합니다.

미래

야간 투시경 산업은 비군사 소비자 시장에 진출하고 있습니다. 가격은 여전히 ​​높지만 수요가 증가하면 기술이 상당히 저렴해질 때까지 가격이 낮아질 수 있습니다. 이 기술은 이미 법 집행 및 수색 구조 팀에서 사용하고 있습니다. 제품이 소비자 가격대로 확대되고 본 이미지를 비디오 카메라로 기록하거나 사진으로 기록할 수 있기 때문에 더 많은 사진가, 야생 동물 관찰자, 보트 타는 사람, 야영자 및 기타 많은 사람들이 보다 혁신적인 방식으로 야간 투시 기술을 사용하기 시작할 수 있습니다. 방법.

자세히 알아보기

책

Palais, Joseph C. 광섬유 통신. 어퍼 새들 리버, 뉴저지:1998년 프렌티스 홀.

미 육군 CECOM. 야간 투시경 및 전자 센서 위원회. 버지니아주 포트 벨보어:1997년 미 육군 CECOM.

정기간행물

저스틱, 브랑코, 피터 필립스. "야간 투시경." 전자 제품 (1994년 10월):57.

램튼, 마이클. "마이크로채널 이미지 인텐시파이어." 사이언티픽 아메리칸 (1981년 11월):62-71.

레아, 존. "야간 투시 장치의 피드백 루프." 군사 및 항공 우주 전자 (2000년 2월):8.

안젤라 우드워드