Alat Penglihatan Malam: Tingkatkan Penglihatan Anda dalam Keterbatasan Cahaya
Latar Belakang
Alat penglihatan malam, atau alat penglihatan malam, digunakan untuk mempertajam penglihatan manusia dalam kondisi cahaya sangat rendah. Ada beberapa jenis alat penglihatan malam. Sistem citra inframerah, juga disebut sebagai "aktif" alat penglihatan malam, memfokuskan cahaya inframerah pada adegan. Inframerah berada di luar spektrum cahaya yang terlihat oleh manusia, jadi sinar itu sendiri tidak dapat terdeteksi. Teknologi konversi citra mengubah adegan yang diiluminasi oleh inframerah menjadi citra yang terlihat. Sistem citra panas bekerja dengan cara yang sama, mengubah pola panas yang dipancarkan oleh benda, manusia, atau hewan menjadi citra visual. Alat penglihatan malam yang disempurnakan untuk penggunaan militer dan juga tersedia secara komersial saat ini disebut "pasif" sistem penglihatan malam. Sistem ini memperkuat citra yang diterima dalam cahaya minimal, seperti cahaya bintang, menjadi citra yang terlihat. Tampilan melalui alat penglihatan malam pasif mungkin 20.000 hingga 50.000 kali lebih terang daripada yang dapat dilihat oleh mata biasa.
Alat penglihatan malam dikembangkan untuk penggunaan militer, di mana melihat dalam gelap adalah keuntungan taktis yang jelas. Amerika Serikat menggunakan alat penglihatan malam dalam Perang Vietnam dan dengan efektivitas besar dalam Perang Zaman Pertama Teluk. Alat penglihatan malam juga digunakan oleh kedua polisi perkotaan dan pedesaan. Pada akhir tahun 1990-an, alat penglihatan malam mulai menemukan outlet komersial lebih banyak. Mereka mulai muncul di beberapa mobil mewah dan dipasarkan langsung kepada konsumen untuk penggunaan rekreasi.
Sejarah
Penelitian tentang alat penglihatan malam dimulai pada tahun 1940-an. Angkatan Bersenjata Amerika Serikat mendirikan program pengembangan teknologi penglihatan malam pada akhir tahun 1940-an, dan pada tahun 1950-an telah memiliki sistem citra inframerah yang layak. Ini adalah teknologi aktif, yang berarti ia menggunakan sinar inframerah yang difokuskan. Meskipun sinar itu sendiri tidak terlihat oleh mata biasa, lawan yang bersenjatai dengan teknologi setara dapat dengan mudah menangkap sinar. Pengindra inframerah yang digunakan pada tahun 1950 dan 1960 disebut sebagai teknologi "Generasi 0".
ITT Corporation (sekarang MIT Industries, Inc.) di Roanoke, Virginia, mulai memproduksi alat penglihatan malam untuk Angkatan Bersenjata 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, ilmuwan mengembangkan sistem penglihatan malam pasif yang dapat dioperasikan. Perangkat ini disebut sebagai sistem "Starlight" karena mereka dapat menangkap dan memperkuat citra yang hanya terlihat oleh cahaya bintang. Mereka juga dikenal sebagai perangkat "Generasi I". Mereka sebenarnya bekerja paling baik di bawah cahaya bulan. Perangkat penglihatan malam Generasi 1 digunakan dalam pertempuran untuk pertama kalinya selama Perang Vietnam.
Teknologi yang ditingkatkan segera setelah perang menyebabkan alat penglihatan malam yang lebih kecil, lebih ringan, dengan resolusi yang lebih baik. Instrumen yang lebih andal ini disebut sebagai "Generasi 2." Angkatan Bersenjata Amerika Serikat terus mengembangkan dan menyempurnakan teknologi penglihatan malam selama tahun 1970 dan 1980, memasang perangkat target penglihatan malam pada senapan pelatih dan melatih pilot dalam kacamata penglihatan malam. Perangkat Generasi 2 pasif dapat menghasilkan citra visual yang baik dalam situasi cahaya sangat rendah.
Teknologi "Generasi 3" dikembangkan pada akhir tahun 1980-an. Perangkat penglihatan malam baru ini menggunakan galium arsenida untuk bahan katoda foto di dalam tabung intensifier citra. Ini menghasilkan resolusi yang lebih baik bahkan dalam situasi cahaya sangat rendah. Pasukan Amerika Serikat menggunakan alat penglihatan malam secara luas dalam Perang Zaman Pertama Teluk, di mana teknologi memungkinkan pasukan untuk melihat tidak hanya dalam gelap tetapi juga melalui debu dan asap. Pada akhir tahun 1990-an, Departemen Pertahanan telah mengurangi pendanaannya untuk pengembangan penglihatan malam, dan beberapa produsen mulai mencari pasar konsumen untuk peralatan tersebut. Individu dapat membeli alat penglihatan malam di Amerika Serikat, namun ekspornya masih dibatasi.
Bahan Baku
Tabung intensifier citra, yang merupakan komponen utama dari alat penglihatan malam, terdiri dari jutaan serat optik kaca yang halus seperti rambut. Kaca yang digunakan adalah formula tertentu yang mempertahankan karakteristik yang diinginkan saat dipanaskan dan ditarik. Kaca kualitas optik digunakan untuk mata penglihatan dan jendela output. (Jendela output adalah lensa mata, seperti mata penglihatan binokular tradisional.) Bahan lain yang digunakan dalam tabung intensifier citra adalah fosfor dan galium arsenida. Badan tabung terdiri dari logam dan keramik, dan logam yang digunakan mungkin aluminium, kromium, dan indium.
Desain
Alat penglihatan malam pasif bekerja dengan mengirimkan cahaya melalui lensa, tabung intensifier citra, dan lensa lain. Cahaya masuk melalui lensa yang disebut lensa objektif, yang mirip dengan lensa kamera yang halus. Lensa memfokuskan cahaya ke dalam tabung intensifier citra.
Tabung adalah bagian paling kompleks dari alat penglihatan malam. Ia dibuat tangan dengan spesifikasi yang tepat. Tabung adalah tabung vakum dengan katoda foto, sumber daya, plate mikro saluran, dan layar fosfor (layar memancarkan cahaya saat diangsung oleh elektron). Katoda menyerap cahaya (foton) dan mengubah foton menjadi elektron. Elektron dikalikan ribuan kali saat melewati tabung, oleh instrumentasi tipis yang disebut plate mikro saluran.
Plate mikro saluran standar berdiameter 1 in (25 mm) dan tebal sekitar 0,04 in (1 mm)—sekitar ukuran koin kuartal. Diintegrasikan ke dalam plate ini adalah jutaan tabung kaca mikro, atau saluran. Plate mikro saluran penglihatan malam terbaru mengandung lebih dari 10 juta saluran. Saluran ini melepaskan lebih banyak elektron saat elektron memantul melalui tabung. Saluran harus seragam dalam diameter dan jaraknya pada plate untuk menghasilkan citra yang jelas. Elektron kemudian memukul layar fosfor. Layar fosfor mengubah citra elektron menjadi citra cahaya, dan memfokuskannya pada jendela output.
Seluruh tabung intensifier citra mungkin bervariasi dalam ukuran, tetapi tabung yang selesai dapat cukup kecil untuk muat di penunjuk senap atau dalam pasang kacamata militer. Sebagai contoh, produk saat ini yang tersedia dari ITT adalah monokuler Generasi 3 yang panjang 4,5 in (11 cm), lebar 2 in (5 cm), dan tinggi 2,25 in (5,5 cm), termasuk kedua lensa. Seluruh alat berat 13,8 oz (0,4 kg).
Proses Manufaktur
Proses manufaktur untuk alat penglihatan malam kompleks. Lebih dari 400 langkah yang diperlukan untuk membuat komponen inti, tabung intensifier citra. Produsen melakukan beberapa langkah proses besar secara bersamaan di berbagai bagian pabrik.
- Langkah besar pertama adalah membuat katoda foto. Produsen mungkin membeli bundaran kaca yang telah dibentuk untuk plate katoda foto dari subkontraktor. Pekerja melemparkan wafer galium arsenida pada kaca dan memanaskannya. Ini mulai melelehkan galium arsenida ke kaca.
- Kemudian bagian dimasukkan ke dalam pres, yang mengikat dengan kuat substrat galium arsenida.
- Pekerja kemudian menggerus dan memoles bagian.
- Sementara itu, plate mikro saluran kaca dibentuk menggunakan sistem yang dikenal sebagai proses dua tarik. Ini dimulai dengan batangan atau logam kaca formula khusus. Batangan digerus menjadi batang dengan diameter beberapa sentimeter. Batang dipasang ke dalam tabung rongga dari jenis kaca lain. Ini disebut lapisan pelapis. Lapisan pelapis akan kemudian di-etched, tetapi memberikan seragamnya serat dalam proses penarikan.
- Sekarang kaca ditarik untuk pertama kalinya. Batangan digantung vertikal di bagian atas tungku. Tungku mungkin beberapa kaki tinggi. Tungku memiliki kontrol suhu yang sangat halus, sehingga titik berbeda sepanjang panjangnya dapat dipertahankan pada suhu yang berbeda. Batangan dipanaskan di bagian atas tungku hingga sekitar 932 °F (500 °C). Titik kaca terbentuk di bawah batangan, seperti tetesan yang keluar dari keran. Saat titik jatuh, ia menarik satu serangkaian kaca tunggal, dengan diameter sekitar 0,04 in (1 mm). Serangkaian ini dingin saat tertarik. Lebih jauh di tungku, serangkaian ini dipegang di kedua sisi oleh mesin tarik, yang mengulir bersama serat, membentuknya ke diameter yang diinginkan yang tepat. Pemotong memotong serangkaian ke panjang yang seragam (sekitar 6 in [15 cm] panjang) dan melewatkannya ke dalam bundler. Beberapa ribu serat dikemas bersama dalam heksagon. Bundel heksagon ini kemudian ditarik untuk kedua kalinya, memberikan proses dua tarik namanya.
- Tarik kedua terlihat sangat mirip dengan yang pertama, dengan bundel heksagon digantung di bagian atas zona tungku dan dipanaskan. Serat ditarik ke dalam bentuk heksagon dengan diameter sekitar 0,04 in (1 mm). Karena kaca khusus mempertahankan properti perspotongannya, serat dari tarik kedua secara geometris mirip dengan bundel yang lebih besar, dengan struktur sarang lebah tabung kaca masih utuh, dan seluruh struktur hanya dikurangi ukurannya. (Jarak di antara tabung kaca individu kini telah dikurangi menjadi beberapa ratus milimeter.) Serat yang dihasilkan dari tarik kedua juga dipotong dan dikemas, mirip dengan tarik pertama.
- Bundel serat yang dihasilkan dipanaskan dan ditekan di bawah vakum, yang menyatukan serat-nya. Pada titik ini, bundel serat dikenal sebagai boule. Untuk membuat plate mikro saluran, boule dipotong dengan sudut sedikit miring menjadi irisan tipis seperti wafer. Irisan digerus dan dipoles. Plate kemudian diselesaikan dengan asam etch untuk menghapus lapisan pelapis kaca yang lebih lembut. Menghapus lapisan pelapis kaca membuka saluran di seluruh plate. Setiap plate kemudian dilapisi dengan nikel-krom.
- Selanjutnya, film aluminium oksida ditempatkan pada kedua permukaan, sehingga setiap saluran dapat membawa muatan listrik. Plate mikro saluran yang selesai ini dapat bervariasi diameter tergantung pada penggunaan yang ditetapkan, tetapi tebalnya tetap sekitar 0,04 in (1 mm). Ukuran standar untuk plate mikro saluran yang selesai adalah 0,9 in (25 mm) diameter, tetapi mereka dapat sebesar 4,9 in (12,5 cm) diameter.
- Selanjutnya, layar fosfor dan badan tabung dirangkit. Layar itu sendiri adalah disk optik serat kecil yang mungkin disediakan oleh subkontraktor. Produsen tabung intensifier citra harus melekatkan layar pada bagian logam yang akan memegangnya di dalam tabung, dan kemudian menerapkan fosfor. Layar dijatuhkan ke dalam flange dan dilekatkan padanya dengan cincin material yang dapat dilelehkan yang disebut frit. Frit adalah senyawa kaca khusus yang menyambung ke logam dan kaca di bawah panas tinggi. Bagian logam lain dipasang di atas layar, membuat bagian kecil, bundar. Bagian ini dikirim pada jejak melalui tungku, yang melelehkan frit, menyatukan semua komponen bersama. Setelah bagian didinginkan, dibersihkan, dan dipoles, fosfor disemprotkan atau dicat pada bagian. Larutan fosfor dalam air dituang. Fosfor menempel pada layar, dan kemudian air diiringkan keluar.
- Pekerja merakit badan tabung dengan memasang serangkaian cincin logam dan keramik kecil. Setiap cincin memiliki fungsi yang tepat, mendukung bagian yang akan dimuat ke dalam tabung. Insulator dan konduktor juga ditambahkan pada saat ini. Beberapa bagian badan tabung terbuat dari logam lunak yang disebut indium. Tabung yang dirakit dijalankan melalui tungku, dan bagian indium meleleh dan menyatu, menyatukan tabung.
- Saat semua komponen utama diproduksi, mereka dimuat tangan ke dalam badan tabung. Ini adalah pekerjaan yang sangat halus yang dilakukan di lingkungan ruang bersih khusus—di fasilitas ruang bersih, pekerja mengenakan pakaian laboratorium, sarung tangan, dan stasiun kerja dilindungi dengan selang plastik. Bagian-bagian secara mekanis mengunci ke tempat. Pertama plate mikro saluran dikunci ke badan. Kemudian pekerja men-solir elektroda pada bagian yang akan membawa tegangan.
- Unit yang setengah dirakit diambil kemudian ke peralatan yang disebut stasiun buang udara. Di stasiun buang udara, udara dihilangkan dari tabung, meninggalkan vakum. Di bawah vakum, katoda dimasukkan ke tempat dan diaktifkan. Setelah ini
Mekanisme internal dari alat penglihatan malam sederhana. Anoda fluoresent, dan akan memancarkan cahaya. (Teks mengacu pada anoda fluoresent sebagai layar fosfor.) Alat ini tidak menggunakan plate mikro saluran untuk meningkatkan kualitas citra. Dalam alat yang lebih kompleks, plate mikro saluran akan berada di antara katoda dan anoda. selesai, badan, katoda, dan layar ditekan bersama. Di bawah tekanan tinggi, antarmuka indium di antara bagian-bagian meleleh, menyatukan semua elemen secara permanen. - Selanjutnya, tabung intensifier citra melalui beberapa tahap pengujian untuk memastikan dia diaktifkan dan bekerja dalam parameter yang diharapkan. Saat tabung ditunjukkan berfungsi dengan benar, pekerja menyambungkannya ke sumber dayanya. Kemudian tabung ditempatkan di dalam bagian yang disebut "boot," yang mirip dengan cangkir plastik sederhana. Boot ini membentuk perumahan yang mengapsulasi tabung untuk melindunginya. Boot ditutup dan di-segel di bawah vakum. Sekarang tabung intensifier citra selesai. Ia melalui beberapa tahap pengujian lebih lanjut. Uji mungkin bervariasi tergantung pada penggunaan yang diinginkan. Komponen yang diuji dengan teliti kemudian beralih ke proses perakitan akhir. Di sini mereka dipasang ke dalam casing untuk kacamata, penunjuk senap, binokular, atau apa pun produk akhir penglihatan malam.
Kontrol Kualitas
Kontrol kualitas di setiap langkah proses manufaktur sangat penting agar tabung intensifier citra bekerja dengan benar. Produsen besar telah menyempurnakan proses sehingga setiap langkah diuji atau diukur, dan pekerja tidak dapat memindahkan bagian ke langkah berikutnya jika bagian belum memenuhi persyaratan kontrol kualitas. Produsen menggunakan peralatan kalibrasi canggih untuk mengukur hal-hal seperti diameter serat kaca, tebal plate mikro saluran, dan suhu di berbagai tungku. Bahan yang disediakan oleh subkontraktor diperiksa saat masuk ke pabrik. Peralatan kalibrasi yang digunakan untuk pengujian itu sendiri diuji dengan sering untuk akurasi.
Produk akhir diuji dengan berbagai cara untuk memastikan setiap perangkat bekerja sebagaimana mestinya. Setiap perangkat diperiksa untuk tindakan visualnya. Uji lain mungkin menunjukkan seberapa tahan perangkat dalam kondisi tidak menyenangkan. Alat penglihatan malam yang selesai mungkin diuji untuk cara mereka merespons getaran dan guncangan, dan mungkin ada uji jatuh. Untuk beberapa persyaratan militer, perangkat mungkin ditaklukkan pada hari-hari panas dan kelembaban ekstrim.
Sampingan/Limbah
Pembuatan alat penglihatan malam dapat menghasilkan beberapa limbah berbahaya, karena banyak kimia yang digunakan dalam pembersihan dan etching. Namun, beberapa produsen telah dapat mengganti kimia yang kurang beracun atau non-beracun untuk yang berbahaya, dan secara keseluruhan proses manufaktur sekarang lebih bersih dibandingkan saat teknologi pertama kali dikembangkan. Tabung intensifier citra mahal dan sulit untuk diproduksi, jadi produsen mencoba menyelamatkan sebanyak mungkin sisa. Jika tabung dibangun yang tidak berfungsi, itu akan diurai dan bagian-bagian digunakan kembali.
Masa Depan
Industri penglihatan malam sedang membuat dirinya tersedia untuk pasar konsumen non-militer. Meskipun harga masih tinggi, seiring bertambahnya permintaan, harga mungkin menurun hingga teknologi cukup terjangkau. Teknologi ini sudah digunakan oleh polisi dan tim pencarian dan penyelamatan. Saat produk berada dalam jangkauan harga konsumen, dan karena citra yang dilihat dapat direkam oleh kamera video atau sebagai foto, lebih banyak penggemar, pengamat liar, pelaut, penginap, dan banyak orang lain mungkin mulai menggunakan teknologi penglihatan malam dengan cara yang lebih inovatif.
Di Mana Mempelajari Lebih Lanjut
Buku
Palais, Joseph C. Fiber Optic Communications. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998.
United States Army CECOM. Night Vision and Electronic Sensors Directorate. Fort Belvoir, VA: US Army CECOM, 1997.
Majalah
Justic, Branco, and Peter Phillips. "Night Vision Scopes." Electronics Now (Oktober 1994): 57.
Lampton, Michael. "The Microchannel Image Intensifier." Scientific American (November 1981): 62-71.
Rhea, John. "The Feedback Loop of Night Vision Devices." Military & Aerospace Electronics (Februari 2000): 8.
Angela Woodward
