Öönägemisseade

Öönägemisseade (inglise keeles night-vision device; NVD) on optoelektrooniline seade, mis võimaldab näha objekte täielikule pimedusele lähedastes tingimustes. Öönägemisseadmed võimendavad objektilt peegeldunud valgust (nähtav valgus lainepikkusega 380 nm – 700 nm ja lähiinfrapunakiirgus lainepikkusega 700 nm – 1300 nm). Seadmed, mis registreerivad objekti kiiratud soojuskiirgust (infrapunakiirgus lainepikkusega 3000 nm – 30 000 nm), nimetatakse termonägemisseadmeteks.

Öönägemisseadmega saadud pilt on monokromaatiline, tavaliselt rohelistes toonides, sest inimese silm eristab rohelise värvi toone kõige paremini. NVD-d on enamasti militaarkasutuses, kuid neid võib leida ka tsiviilkasutuses. Termin 'öönägemisseade' hõlmab tavaliselt kogu süsteemi, kaasa arvatud pildivõimendustoru (IIT, I² tube, image intensifier tube), kaitsev ja üldjuhul veekindel korpus ning mingit tüüpi  kinnitussüsteem. Paljud NVD-d sisaldavad ka optilisi komponente, nagu näiteks läätsed ja peeglid. Kui NVD sisaldab infrapunavalgustit, on tegemist aktiivse seadmega, vastasel juhul passiivse seadmega.

Öönägemisseadmeid kasutati esimest korda teises maailmasõjas. Laialdaselt hakati neid kasutama Vietnami sõja ajal. NVD tehnoloogia on läbi aastate väga palju arenenud, seadmeid on eri hinnaklassi ja tööefektiivususega. Öönägemisseadmeid kasutatakse mitmes valdkonnas, nagu näiteks relvandus, autojuhtimine, lennundus.

Ajalugu

0. põlvkond

0. põlvkond on esimesed öönägemiseadmed. Tegemist on aktiivsete seadmetega: nad sisaldavad infrapunavalgustit. See tegi need ka hästi märgatavaks vastase öönägemisseadmetele.

Esimese turule tulnud öönägemisseadme leiutas Dr. Vladimir K. Zworykin 1936. aastal ja see oli mõeldud ainult tsiviilkasutuseks. Oma kalli hinna ja suuruse tõttu polnud selle müük edukas.

Esimese militaarkasutuses oleva öönägemisseadme prototüübi konstrueeris Saksa sõjavägi 1939. aastal. Öönägemisseadmete arendus sai alguse 1936. aastal, kui AEG sai käsu arendada välja infrapunaöönägemisseadmed. 1943. aastal algasid esimesed Pantheri tankidele kinnitatud infrapunaöönägemisseadmete (Nacht Jager) ja teleskoopiliste kaugusmõõtjate katsetused. Pantheri tankidel kasutati kahte erinevat lahendust.

Lahendus A, Sperber FG 1250 (Sparrow Hawk), koosnes ühest 30 cm infrapunavalgustist (ulatusega 600 m) ja pilditeisendajast FG 1250. 1944. aasta lõpust kuni märtsini 1945 läbisid mõned Panzerkampfwagen V Panther Ausf G kinnitatud FG 1250 seadmed edukalt katsetused ning märtsist 1945 osales umbes 50 FG 1250-ga varustatud Panther Ausf G tanki sõjategevuses Ida- ja Läänerindel.

Lahendus B, keerulisem lahendus, oli "Biwa" (Bildwandler). Katsetused olid edukad, kuid puudub info, et need oleksid sõjas osalenud.

Paralleelselt toimus öönägemisseadmete arendus USA-s. Snaiperscope T120 oli välja arendatud 1943. aasta lõpuks. Infrapunafiltriga 6 V lambid suutsid valgustada kuni 120 m kaugusele. 1944. aastal tuli välja veidi parandatud versioon Sniperscope M1 ja 1945. aastal Sniperscope M2. Teise maailmasõja ajal valmistati umbes 1700 Sniperscope’i (T120, M1, M2) ja pärast sõda umbes 3000.

Tunduvalt parandatud infrapunaöönägemisseadmete versiooni "20000 volt Set No.1" masstootmine algas 1950. aastal. Seda võis kinnitada M1 ja M2 karabiinile ning sai nimetuse "M3 karabiin". 1950–1951 toodeti neid umbes 20 000 ja kasutati Korea sõjas. Nende nägemisulatus oli 120 m ja suurimateks puudusteks olid raskus ja patarei lühike eluiga.

Esimene Venemaal valmistatud öönägemisseade PAU-2 läbis katsetused 1942. aastal.

1. põlvkond

1. põlvkonna öönägemisseadmed on esimesed passiivsed seadmed ehk neil puudub infrapunavalgusallikas ja nad võimendavad juba olemasolevat valgust. Need kasutavad üldjoontes sama tehnoloogiat, mis 0. põlvkonna seadmed. 1. põlvkonna NVD-d võimendavad valgust kuni 1000 korda, kuid on suured, rasked ja vajavad kuuvalgust, et korralikult töötada.

USA-s hakati passiivseid süsteeme arendama 1961. aastal. 1964.aastal võeti esimesed öönägemisseadmed AN/PVS1 "Starlight Scope" kasutusele Vietnami sõjas. Seda oli võimalik kiiresti kinnitada standardsele M14 vintpüssile, nõudmata eelnevaid modifikatsioone. 1964–1967 arendati välja pikema patarei elueaga AN-PVS-2 ning 1969. aastaks kasutati neid laialdaselt Vietnami sõjas. Neid võis kinnitada M14 ja M16 vintpüssile.

2. põlvkond

2. põlvkonna seadmetes hakati kasutama fotokordistit (MCP, micro-channel plate), mis andis tulemuseks palju erksama pildi. See võimaldas hakata NVD-d kasutama ka väga vähese valgustusega keskkonnas, näiteks pilvisel ööl. Seade võimendab valgust umbes 20 000 korda. Samuti paranes pildi resolutsioon ja seadme töökindlus.

3 põlvkond
3. põlvkond kasutas sama tehnoloogiat nagu 2. põlvkond (fotokordisti), kuid fotokatood oli nüüd tehtud galliumarseniidist (GaAs), mis andis veelgi selgema pildi. Lisaks sellele oli fotokordisti kaetud õhukese dielektriku kihiga (ion barrier), pikendades pildivõimendustoru eluiga, kuid kahjuks takistades ka elektronide läbiminekut, vähendades nii galliumarseniidist fotokatoodi saavutatud täiustust. Selle tõttu on ka halo nähtused heledate laikude ümber suuremad. Seade võimendab valgust 30 000 – 500 000 korda. 3. põlvkonna seade nõuab tööks rohkem energiat kui 2. põlvkonna seade.

4. põlvkond

USA armee NVESD (Night Vision and Electronic Sensors Directorate) on juhtorgan, mis dikteerib öönägemisseadmete tehnoloogia generatsiooni nime. Kuigi 3. põlvkonna OMNI-VI-VII töövõime on märkimisväärselt paranenud, pole USA armee volitanud nime 4. põlvkond kasutamise. Kuigi see on ikkagi laialdaselt tuntud 4. põlvkonna nime all.

4. põlvkonna seadmed erinevad standardsest 3. põlvkonnast mitmel moel. Esiteks pinge fotokatoodil on automaatselt reguleeritav, mistõttu NVD reageerib silmapilkselt valgustingimuste muutustele. Teiseks, dielektrikust iooni barjäär puudub või on tunduvalt õhenenud, mille tõttu on vähem müra. Selle puuduseks on pildivõimendustoru tunduvalt lühenenud eluiga.

Auto-gating
ATG funktsioon seisneb selles, et öönägemisseadmete valgusvõimendus sõltub keskkonna valgustingimustest. Seega on seadet kõige sobivam kasutada muutliku valgustusega tingimustes. ATG muudab väga kiiresti fotokatoodil olevat pinget, mis tagab seadme optimaalse toimimise, vähendades võimalikke kahjustusi pildivõimendustorule (I² tube) ja kaitstes kasutajat nägemishäirete eest.

Hüvetegur (FOM)
2001. aastal otsustas USA valitsus, et termin 'põlvkond' (Generation) ei kirjelda öönägemisseadme terviklikku töövõimet piisavalt hästi, välistades termini ekspordi regulatsioonidest ja tuginedes hoopis välja arvutatud hüvetegurile (FOM,figure of merit). USA-s tehtud öönägemisseadmeid, mille hüvetegur on kõrgem kui 1400, ei tohi eksportida väljapoole USA-d.

Teised tehnoloogiad

USA õhujõud on katsetanud panoraamilisi öönägemisseadmeid (PNVG, panoramic night vision goggle), mis kahekordistavad kasutaja vaatevälja 95 kraadini. Need koosnevad standardse kahe 18mm toru asemel neljast 16mm torust.

AN/PSQ-20 (tuntud ka kui ENVG, Enhanced Night Vision Goggle) on hübriidseade, mis ühendab termonägemisseadme valguse võimendusega. Nagu ka Northrop Grumman Fused Multispectral Weapon Sight.

2012. aastal tutvustati uut tehnoloogiat nimetusega Ceramic Optical Ruggedized Engine (CORE), mis on kõrgema töövõimekusega 1. põlvkonna öönägemisseade. Suurim erinevus 1. põlvkonna ja CORE vahel on see, et klaasi asemel kasutatakse keraamikat, mis on valmistatud erilise keraamilise ühendi ja metallisulami segust. Servamoonutus on paranenud, valgustundlikkus suurenenud ning lahutusvõime võib olla kuni 60 lp/mm. CORE on siiski 1. põlvkonna seade, sest ei kasuta fotokordistit.

Michigani ülikooli teadlased on välja arendanud kontaktläätsed, mida võib kasutada öönägemisseadmena. Läätses on kahe klaasikihi vahel õhuke grafeeniriba, mis reageerib footonitele ja muudab tumedad kujutised heledamaks. Praegused prototüübid neelavad ainult 2,3% valgusest. See protsent peab suurenema, et läätsed oleksid rakendatavad. Grafeeni tehnoloogiat võidakse kasutada ka mujal, näiteks auto esiklaasides.

Viited 

Optilised instrumendid
Tarbeelektroonika