Cakupan Malam

Latar Belakang

Lingkup malam, atau perangkat penglihatan malam, digunakan untuk mengintensifkan penglihatan manusia dalam kondisi cahaya yang sangat rendah. Ada beberapa jenis lingkup night vision. Sistem pencitraan inframerah, juga disebut sebagai perangkat penglihatan malam "aktif", memfokuskan cahaya inframerah pada suatu pemandangan. Inframerah berada di luar spektrum cahaya yang terlihat oleh manusia, sehingga sinar itu sendiri tidak dapat dideteksi. Teknologi konversi gambar mengubah pemandangan yang diterangi oleh inframerah menjadi gambar yang terlihat. Sistem pencitraan termal bekerja dengan cara yang sama, mengubah pola panas yang dipancarkan oleh objek, orang, atau hewan menjadi gambar visual. Perangkat night vision yang disempurnakan untuk penggunaan masa perang dan juga tersedia secara komersial saat ini disebut sistem night vision "pasif". Sistem ini memperkuat gambar yang diambil dalam cahaya minimal, seperti cahaya bintang, menjadi gambar yang terlihat. Pemandangan melalui perangkat night vision pasif mungkin 20.000 hingga 50.000 kali lebih terang daripada yang bisa dilihat oleh mata telanjang.

Perangkat night vision dikembangkan untuk penggunaan militer, di mana melihat dalam gelap merupakan keuntungan taktis yang jelas. Amerika Serikat menggunakan perangkat penglihatan malam dalam Perang Vietnam dan sangat efektif dalam Perang Teluk Persia. Perangkat night vision juga digunakan oleh kepolisian perkotaan dan pedesaan. Pada akhir 1990-an, perangkat night vision menemukan lebih banyak outlet komersial. Mereka mulai muncul di beberapa mobil kelas atas dan dipasarkan langsung ke konsumen untuk penggunaan rekreasi.

Sejarah

Penelitian perangkat night vision dimulai pada 1940-an. Militer Amerika Serikat membentuk program pengembangan teknologi penglihatan malam pada akhir 1940-an, dan pada 1950-an telah menghasilkan sistem penglihatan inframerah yang layak. Ini adalah teknologi aktif, yang berarti menggunakan sinar diarahkan cahaya inframerah. Meskipun sinar itu sendiri tidak terlihat oleh mata telanjang, lawan yang dipersenjatai dengan teknologi yang setara dapat dengan mudah mengambil sinar itu. Pemirsa inframerah yang digunakan pada 1950-an dan 1960-an disebut sebagai teknologi "Generasi 0".

ITT Corporation (sekarang MIT Industries, Inc.) di Roanoke, Virginia, mulai memproduksi perangkat penglihatan malam untuk militer Amerika Serikat pada tahun 1958. Departemen Pertahanan Amerika Serikat mendirikan Laboratorium Penglihatan Malam sendiri pada tahun 1965, yang didedikasikan untuk meningkatkan teknologi yang ada. Selama tahun 1960-an, para ilmuwan mengembangkan sistem penglihatan malam pasif pertama yang bisa diterapkan. Perangkat ini disebut sistem "Cahaya Bintang" karena mampu menangkap dan memperkuat gambar yang hanya terlihat oleh cahaya bintang. Mereka juga dikenal sebagai perangkat "Generasi I". Mereka benar-benar bekerja paling baik di bawah sinar bulan. Perangkat night vision Generasi 1 digunakan dalam pertempuran untuk pertama kalinya selama Perang Vietnam.

Peningkatan teknologi yang dikembangkan tak lama setelah perang menghasilkan perangkat night vision yang lebih kecil dan tidak terlalu besar dengan resolusi yang lebih baik. Instrumen yang lebih andal ini disebut "Generasi 2". Militer Amerika Serikat terus mengembangkan dan menyempurnakan teknologi penglihatan malam selama tahun 1970-an dan 1980-an, memasang alat bidik senjata dengan perangkat penargetan penglihatan malam dan melatih pilot dalam kacamata penglihatan malam. Perangkat Generasi 2 Pasif mampu menghasilkan gambar yang terlihat bagus dalam situasi cahaya yang sangat rendah.

Teknologi "Generasi 3" dikembangkan pada akhir 1980-an. Perangkat night vision baru ini menggunakan galium arsenida untuk bahan katoda foto di dalam tabung penguat gambar. Ini menghasilkan resolusi yang lebih baik bahkan dalam situasi cahaya yang sangat rendah. Pasukan Amerika Serikat menggunakan perangkat penglihatan malam secara ekstensif dalam Perang Teluk Persia, di mana teknologi tersebut memungkinkan pasukan untuk melihat tidak hanya dalam kegelapan tetapi juga melalui debu dan asap. Pada akhir 1990-an, Departemen Pertahanan telah mengurangi pendanaannya untuk pengembangan night vision, dan beberapa produsen mulai mencari pasar konsumen untuk peralatan tersebut. Individu dapat membeli perangkat night vision di Amerika Serikat, tetapi ekspor mereka masih dibatasi.

Bahan Baku

Tabung penguat gambar, yang merupakan komponen kerja utama perangkat penglihatan malam, terdiri dari jutaan serat kaca optik yang sangat halus. Gelas yang digunakan adalah formula khusus yang mempertahankan karakteristik yang diinginkan saat dipanaskan dan ditarik. Kaca kualitas optik digunakan untuk lensa mata dan jendela keluaran. (Jendela keluaran adalah lensa okuler, seperti lensa mata teropong tradisional.) Bahan lain yang digunakan dalam tabung penguat gambar adalah fosfor dan galium arsenida. Badan tabung terdiri dari logam dan keramik, dan logam yang digunakan dapat berupa aluminium, kromium, dan indium.

Desain

Perangkat night vision pasif bekerja dengan mengirimkan cahaya melalui lensa, tabung penguat gambar, dan lensa lain. Cahaya masuk melalui lensa yang disebut lensa objektif, yang mirip dengan lensa kamera halus. Lensa memfokuskan cahaya ke dalam tabung penguat gambar.

Tabung adalah bagian paling kompleks dari perangkat night vision. Ini adalah buatan tangan untuk spesifikasi yang tepat. Tabung tersebut adalah tabung vakum dengan katoda foto, sumber daya, pelat saluran mikro, dan layar fosfor (layar memancarkan cahaya saat dieksitasi oleh elektron). Katoda menyerap cahaya (foton) dan mengubah foton menjadi elektron. Elektron dikalikan ribuan kali saat melewati tabung, dengan instrumen tipis yang disebut pelat saluran mikro.

Pelat saluran mikro standar berdiameter 1 inci (25 mm) dan tebal sekitar 0,04 inci (1 mm)—kira-kira seukuran seperempat. Tergabung dalam pelat ini adalah jutaan tabung kaca mikroskopis, atau saluran. Pelat microchannel night vision terbaru berisi lebih dari 10 juta saluran. Saluran ini melepaskan lebih banyak elektron saat elektron memantul melalui tabung. Saluran harus seragam dalam diameter dan jarak pada pelat untuk menghasilkan gambar yang jelas. Elektron kemudian menabrak layar fosfor. Layar fosfor mengubah kembali gambar elektron menjadi gambar cahaya, dan memfokuskannya pada jendela keluaran.

Seluruh tabung penguat gambar dapat bervariasi dalam ukuran, tetapi tabung yang sudah jadi bisa cukup kecil untuk dimasukkan ke dalam bidikan senjata atau ke dalam sepasang kacamata militer. Misalnya, produk terkini yang tersedia dari ITT adalah monokuler Generasi 3 dengan panjang 4,5 inci (11 cm), lebar 2 inci (5 cm), dan tinggi 2,25 inci (5,5 cm), termasuk kedua lensa. Seluruh instrumen memiliki berat 13,8 oz (0,4 kg).

Manufaktur
Proses

Proses pembuatan perangkat night vision sangat rumit. Lebih dari 400 langkah berbeda diperlukan untuk membuat komponen inti, tabung penguat gambar. Pabrikan melakukan beberapa langkah proses utama secara bersamaan di berbagai bagian pabrik.

1. Langkah besar pertama adalah membuat katoda foto. Pabrikan dapat membeli kaca bundar yang telah dibentuk sebelumnya untuk pelat foto-katoda dari subkontraktor. Pekerja menjatuhkan wafer galium arsenida ke gelas dan memanaskannya. Ini mulai melelehkan galium arsenida ke kaca.
2. Kemudian bagian tersebut dimasukkan ke dalam mesin press, yang mengikat substrat gallium arsenide dengan kuat.
3. Pekerja kemudian menggiling dan memoles bagian tersebut.
4. Sementara itu, pelat microchannel kaca dibentuk menggunakan sistem yang dikenal dengan proses two-draw. Ini dimulai dengan cor atau ingot kaca formula khusus yang diekstrusi. Ingot digiling menjadi batang dengan diameter beberapa sentimeter. Batang dipasang ke dalam tabung berongga dari jenis kaca lain. Ini disebut kelongsong. Kaca kelongsong nantinya akan tergores, tetapi ini memberi serat lebih banyak keseragaman dalam proses menggambar.
5. Sekarang gelas digambar untuk pertama kalinya. Ingot digantung secara vertikal di bagian atas tungku. Tungku mungkin beberapa kaki tingginya. Tungku memiliki kontrol suhu yang sangat halus, sehingga titik yang berbeda sepanjang panjangnya dapat ditahan pada suhu yang berbeda. Ingot dipanaskan di bagian atas tungku sampai sekitar 932°F (500°C). Gumpalan kaca terbentuk di bagian bawah batangan, seperti tetesan yang keluar dari keran. Saat globule jatuh, ia menarik satu untaian kaca ke bawah, dengan diameter sekitar 0,04 inci (1 mm). Untaian ini mendingin saat membentang. Lebih jauh ke bawah tungku, untaian dicengkeram di kedua sisi oleh mesin traksi, yang menggulung sepanjang serat, membentuknya dengan diameter yang diinginkan. Pemotong memotong serat dengan panjang yang seragam (panjangnya sekitar 15 cm) dan memasukkannya ke dalam bundel. Beberapa ribu serat dibundel menjadi segi enam. Bundel heksagonal ini kemudian digambar untuk kedua kalinya, memberi nama proses dua penarikan tersebut.
6. Undian kedua sangat mirip dengan yang pertama, dengan bundel heksagonal digantung di bagian atas tungku zona dan dipanaskan. Serat ditarik menjadi bentuk heksagonal dengan diameter sekitar 0,04 inci (1 mm). Karena kaca khusus mempertahankan sifat penampangnya, serat dari penarikan kedua ini secara geometris mirip dengan bundel yang lebih besar, dengan struktur sarang lebah tabung kaca masih utuh, dan seluruh struktur hanya diperkecil ukurannya. (Ruang antara tabung kaca individu kini telah dikurangi menjadi beberapa ratus milimeter.) Serat yang dihasilkan dari penarikan kedua ini juga dipotong dan dibundel, mirip dengan penarikan pertama.
7. Kumpulan serat yang dihasilkan dipanaskan dan ditekan di bawah vakum, yang menyatukan serat-serat tersebut. Pada titik ini, bundel serat dikenal sebagai boule. Untuk membuat pelat microchannel, boule dipotong pada sudut yang agak miring menjadi irisan tipis wafer. Irisan digiling dan dipoles. Pelat kemudian selesai dengan etsa asam untuk menghilangkan kaca cladding yang lebih lembut. Melepaskan kaca penutup akan membuka saluran di seluruh pelat. Setiap pelat kemudian dilapisi dengan nikel-krom.
8. Selanjutnya, lapisan aluminium oksida dipasang pada kedua permukaan, sehingga setiap saluran dapat membawa muatan listrik. Pelat saluran mikro yang sudah jadi ini dapat bervariasi diameternya tergantung pada penggunaan yang ditentukan, tetapi ketebalannya tetap sekitar 0,04 inci (1 mm). Ukuran standar untuk pelat saluran mikro yang sudah jadi adalah dengan diameter 0,9 inci (25 mm), tetapi bisa juga berdiameter 4,9 inci (12,5 cm).
9. Selanjutnya, layar fosfor dan badan tabung dirakit. Layar itu sendiri adalah disk serat optik kecil yang mungkin dipasok oleh subkontraktor. Produsen penguat gambar harus mengikat layar ke bagian logam yang akan menahannya di dalam tabung, dan kemudian menerapkan fosfor. Layar dijatuhkan ke flensa dan diikat dengan cincin dari bahan yang dapat melebur yang disebut frit. Frit adalah senyawa kaca khusus yang mengelas logam dan kaca di bawah panas tinggi. Bagian logam lainnya dipasang di atas layar, membuat bagian kecil yang bulat. Bagian ini dikirim ke trek melalui tungku, yang melelehkan frit, mengikat semua komponen menjadi satu. Setelah bagian tersebut didinginkan, dibersihkan, dan dipoles, fosfor disemprotkan atau disikat ke bagian tersebut. Sebuah larutan fosfor dalam air dituangkan. Fosfor mengendap di layar, dan kemudian air dikeringkan.
10. Pekerja merakit badan tabung dengan memasang serangkaian cincin logam dan keramik kecil. Setiap cincin memiliki fungsi yang tepat, mendukung berbagai bagian yang akan dimuat ke dalam tabung. Isolator dan konduktor juga ditambahkan pada saat ini. Beberapa bagian tubuh tabung terbuat dari logam lunak yang disebut indium. Tabung yang dirakit dijalankan melalui tungku, dan bagian indium meleleh dan menyatu, menyatukan tabung.
11. Ketika semua komponen utama diproduksi, mereka dimuat dengan tangan ke dalam badan tabung. Ini adalah pekerjaan yang sangat rumit yang dilakukan di lingkungan ruang bersih khusus—di fasilitas ruang bersih, para pekerja mengenakan jas laboratorium, sarung tangan, dan tempat kerja dilindungi oleh terpal plastik. Bagian-bagian secara mekanis terkunci pada tempatnya. Pertama pelat microchannel terkunci ke dalam tubuh. Kemudian pekerja menempelkan elektroda ke bagian yang akan membawa tegangan.
12. Unit yang dirakit sebagian diletakkan di sebelah peralatan yang disebut stasiun pembuangan. Di stasiun pembuangan, udara dikeluarkan dari tabung, meninggalkan ruang hampa. Di bawah ruang hampa, katoda dimasukkan ke tempatnya dan diaktifkan. Sekali ini Mekanisme internal lingkup night vision sederhana. Anoda berpendar, dan akan memancarkan cahaya. (Teks mengacu pada anoda fluoresen sebagai layar fosfor.) Lingkup ini tidak menggunakan pelat saluran mikro untuk meningkatkan kualitas gambar. Dalam lingkup yang lebih kompleks, pelat microchannel akan berada di antara katoda dan anoda. selesai, tubuh, katoda, dan layar ditekan bersama. Di bawah tekanan tinggi, antarmuka indium antara bagian-bagian itu menyatu, bergabung dengan semua elemen secara permanen.
13. Selanjutnya, tabung penguat gambar melewati beberapa tahap pengujian untuk memastikannya diaktifkan dan bekerja dalam parameter yang diharapkan. Ketika tabung terbukti berfungsi dengan benar, pekerja menghubungkannya ke catu dayanya. Kemudian tabung itu diatur menjadi bagian yang disebut "boot", yang menyerupai cangkir plastik sederhana. Sepatu bot ini membentuk rumahan yang membungkus tabung untuk melindunginya. Boot ditutup dan disegel di bawah ruang hampa. Sekarang tabung penguat gambar selesai. Ia menjalani beberapa putaran pengujian lagi. Tes dapat bervariasi tergantung pada tujuan penggunaan. Komponen yang diuji secara menyeluruh kemudian pindah ke proses perakitan akhir. Di sini mereka cocok dengan casing untuk kacamata, pemandangan senjata, teropong, atau apa pun produk night vision akhir.

Kontrol Kualitas

Kontrol kualitas pada setiap langkah proses manufaktur sangat penting agar tabung penguat gambar bekerja dengan benar. Pabrikan besar telah mengasah prosesnya sehingga setiap langkah diuji atau diukur, dan pekerja tidak dapat memindahkan komponen ke langkah berikutnya jika komponen tersebut belum memenuhi persyaratan kontrol kualitas. Pabrikan menggunakan peralatan kalibrasi yang canggih untuk mengukur hal-hal seperti diameter serat kaca, ketebalan pelat saluran mikro, dan suhu di berbagai tungku. Bahan yang dipasok oleh subkontraktor diperiksa saat masuk ke pabrik. Peralatan kalibrasi yang digunakan untuk pengujian itu sendiri sering diuji akurasinya.

Produk akhir diuji dengan berbagai cara untuk memastikan bahwa setiap perangkat berfungsi sebagaimana mestinya. Setiap perangkat diperiksa untuk tindakan visualnya. Tes lain mungkin menunjukkan seberapa tangguh perangkat dalam kondisi buruk. Perangkat night vision yang telah selesai dapat diuji untuk mengetahui responsnya terhadap guncangan dan getaran, dan mungkin ada uji jatuh. Untuk beberapa persyaratan militer, perangkat mungkin terkena panas dan kelembapan ekstrem selama berhari-hari.

Produk Sampingan/Limbah

Pembuatan perangkat night vision dapat menghasilkan beberapa limbah berbahaya, karena banyak bahan kimia yang digunakan dalam pembersihan dan etsa. Namun, beberapa produsen telah mampu mengganti bahan kimia yang kurang beracun atau tidak beracun dengan yang berbahaya, dan secara umum proses pembuatannya sekarang lebih bersih daripada saat teknologi pertama kali dikembangkan. Tabung penguat gambar mahal dan sulit untuk diproduksi, jadi pabrikan mencoba menyelamatkan sebanyak mungkin sisa. Jika tabung dibangun yang tidak berfungsi, itu akan dibongkar dan bagian-bagiannya digunakan kembali.

Masa Depan

Industri night vision membuat dirinya tersedia untuk pasar konsumen non-militer. Sementara harga masih tinggi, karena permintaan meningkat, harganya bisa turun hingga teknologinya cukup terjangkau. Teknologi ini sudah digunakan oleh penegak hukum dan tim pencarian dan penyelamatan. Karena produk menjadi lebih dalam kisaran harga konsumen, dan karena gambar yang dilihat dapat direkam oleh kamera video atau sebagai foto, lebih banyak fotografer, pengamat satwa liar, pelaut, berkemah, dan banyak lainnya mungkin mulai menggunakan teknologi night vision dengan lebih inovatif. cara.

Tempat Belajar Lebih Lanjut

Buku

Palais, Joseph C. Komunikasi Serat Optik. Upper Saddle River, NJ:Prentice Hall, 1998.

CECOM Angkatan Darat Amerika Serikat. Direktorat Penglihatan Malam dan Sensor Elektronik. Benteng Belvoir, VA:US Army CECOM, 1997.

Majalah

Justic, Branco, dan Peter Phillips. "Cakupan Penglihatan Malam." Elektronik Sekarang (Oktober 1994):57.

Lampton, Michael. "Penguat Gambar Microchannel." Ilmiah Amerika (November 1981):62-71.

Rhea, John. "Loop Umpan Balik Perangkat Night Vision." Elektronik Militer &Dirgantara (Februari 2000):8.

Angela Hutan