L’imperfezione della sua natura, compensata dalla flessibilità del suo intelletto, ha continuamente spinto l’uomo alla ricerca. Il desiderio di volare come un uccello, di nuotare come un pesce o, per esempio, di vedere di notte come un gatto, è diventato realtà man mano che si raggiungevano le conoscenze e le tecnologie necessarie. Gli sforzi scientifici erano spesso stimolati dalle esigenze militari e i risultati erano determinati dal livello tecnologico esistente.
L’estensione del campo visivo per visualizzare informazioni inaccessibili all’occhio è uno dei compiti più difficili, poiché richiede una seria formazione scientifica e una base tecnica ed economica significativa. I primi risultati positivi in questa direzione sono stati ottenuti negli anni ’30 del XX secolo. Il problema dell’osservazione in condizioni di scarsa luminosità divenne particolarmente urgente durante la Seconda Guerra Mondiale. La sua realizzazione pratica rese possibile operare al crepuscolo e di notte senza l’uso di fonti di luce visibile.
I primi successi della tecnologia dei visori notturni, non ancora realizzati dal pubblico, hanno reso la guerra a luce stellare un sogno degli specialisti militari. Per raggiungere i risultati sono stati spesi fondi enormi, stanziati sia dai governi che dalle aziende leader dei Paesi sviluppati. Di «vittoria sulla notte» si parlava già durante la Guerra del Golfo. I successivi conflitti in Jugoslavia e in Cecenia hanno reso i combattimenti notturni un attributo inevitabile della guerra moderna.
Naturalmente, gli sforzi profusi in questa direzione hanno portato a progressi nella ricerca scientifica, nella medicina, nella tecnologia delle comunicazioni e in altri campi. Adattati per uso individuale, gli analoghi delle attrezzature militari sono sempre più utilizzati per le esigenze delle forze dell’ordine, dei servizi di sicurezza, del soccorso, dei compiti di navigazione, tra gli appassionati di caccia notturna, ecc. Le mutate condizioni di mercato derivanti dalla ristrutturazione globale dell’economia dovuta alla caduta di una serie di barriere politiche negli ultimi decenni hanno portato a una rapida commercializzazione dei prodotti della moderna produzione high-tech. Di conseguenza, i risultati degli sviluppi scientifici e tecnologici basati sulla conoscenza delle onde ottiche non solo nella regione visibile dello spettro, ma anche nella radiazione infrarossa (IR), sono ora disponibili per i prodotti di consumo.
Purtroppo, i temi della tecnologia di visione notturna, apertamente discussi in ampi circoli dei Paesi sviluppati, in URSS (Russia) erano concentrati solo sui rappresentanti del complesso militare-industriale e sui diretti sviluppatori. Una breve retrospettiva della storia dei dispositivi di visione notturna (NVD) e una rassegna dello stato attuale di questo segmento del mercato dei prodotti optoelettronici intendono colmare parzialmente questa lacuna.
Il principio di funzionamento di un NV classico si basa sulla conversione della radiazione infrarossa, creata sull’oggetto osservato dal bagliore del cielo notturno, delle stelle e della luna, in luce visibile. Lo schema a blocchi funzionale del percorso ottico di un moderno NV è illustrato nella Fig. 1.
Fig. 1. Schema funzionale del percorso ottico di un moderno cannocchiale da osservazione
- Oggetto di osservazione
- Corpo del NV
- Obiettivo
- EOP con ICP, HEI e VPE integrati
- Oculare
- Celle di alimentazione, solitamente batterie AA.
- Illuminatore IR incorporato
L’immagine dell’oggetto osservato attraverso l’obiettivo viene proiettata capovolta sul vetro d’ingresso del convertitore ottico-elettronico, che è una «lampada ad alto vuoto» con due estremità piatte, rispettivamente finestra d’ingresso e finestra d’uscita. Sul lato interno della finestra di ingresso si trova un sottile strato traslucido di materiale fotosensibile (fotocatodo), che emette elettroni in seguito all’assorbimento di quanti di luce. Sul lato interno della finestra d’ingresso si trova uno strato di fosforo, un materiale che emette luce quando un elettrone lo colpisce (schermo). Il trasferimento degli elettroni emessi dal fotocatodo è assicurato da un campo elettrostatico, per il quale viene applicata una tensione di alcuni kV al fotocatodo e allo schermo. L’immagine ottenuta sullo schermo viene osservata attraverso l’oculare.
Nei moderni progetti EDS, per l’intensificazione dell’immagine si utilizza un amplificatore di emissione secondario o una piastra a microcanali (MCP) installata tra il fotocatodo e lo schermo. Il MUC consente di ottenere un’amplificazione di decine di migliaia di volte e, in alcuni EOP per scopi speciali, fino a 10 7 volte, sufficiente per la registrazione di singoli fotoni.
Le finestre di ingresso e di uscita dell’EOP sono realizzate su un vetro piatto o su una piastra a fibre ottiche (FOP). Per ruotare l’immagine di 180 o, si utilizza un elemento avvolgente in fibra ottica (FOE), detto twister, come FOP di uscita. Nei progetti più complessi, per ruotare l’immagine si utilizza un oculare binoculare o un elemento rotante lenticolare aggiuntivo.
Nonostante la semplicità del progetto e il numero minimo di componenti, ogni elemento della NV è soggetto a requisiti piuttosto elevati e spesso contraddittori. Ovviamente, il nodo più complesso e responsabile del NV, che ne determina sia i parametri limitanti che il prezzo, è l’EOP. La storia della nascita e del perfezionamento di questo nodo è da considerarsi indicativa per l’era tecnocratica.
«Bicchiere di tela»
Il primo convertitore è stato sviluppato da Holst et al. presso il centro di ricerca di Philips (Olanda) nel 1934. È rimasto noto come «vetro di Holst». Il suo diagramma schematico, che illustra il principio di funzionamento, è riportato nella Fig. 2.
Fig. 2. Principio di funzionamento del «bicchiere di Holst»
Questo EOP rappresentava due vetri annidati, sui cui fondi piatti erano applicati il fotocatodo e il fosforo. La tensione ad alta tensione applicata a questi strati creava un campo elettrostatico che permetteva il trasferimento diretto dell’immagine elettronica dal fotocatodo allo schermo con il fosforo. Come strato fotosensibile nel «vetro di Holst» è stato utilizzato il fotocatodo argento-ossigeno-cezio (o S-1), che aveva una sensibilità piuttosto bassa (Fig. 3), anche se è operabile nell’intervallo fino a 1,1 micron. Inoltre, questo fotocatodo presentava un elevato livello di rumore, che richiedeva un raffreddamento a meno 40 o C per essere eliminato.
Fig. 3. Curve di sensibilità spettrale dei fotocatodi EOP
1. S-1; 2. S-20; 3. S-25; 4. S-25R (2 + ); 5. GaAs; 6. Near IR GaAs.
Questi svantaggi hanno permesso di utilizzare l’EOP solo in modalità attiva, cioè con l’illuminazione dell’immagine osservata da un illuminatore IR. Inoltre, l’immagine sullo schermo risultava sfocata. La distanza tra il fotocatodo e lo schermo avrebbe dovuto essere la più piccola possibile, a causa della dispersione degli elettroni che lasciano il fotocatodo a diverse angolazioni. Nel «vetro di Holst» era di diversi mm ed era impossibile ridurla per motivi tecnologici.
La comparsa dei primi EOP nell’ambiente prebellico suscitò un notevole interesse. Il «vetro di Holst» fu finalizzato al livello di produzione di serie da parte della EMI (Inghilterra), e dal 1942 al 1945 furono prodotte diverse migliaia di pezzi (Fig. 4).
Fig. 4. I primi esemplari di serie del «vetro di Holst».
A causa del «bouquet» di carenze dei primi EOP, i primi NV erano caratterizzati da parametri di massa e consumo energetico significativi, oltre che da una bassa qualità dell’immagine.
Ciononostante, sono stati ampiamente utilizzati durante la Seconda Guerra Mondiale da tutte le parti. La Germania ebbe un grande successo nell’utilizzo dei proiettori IR a supporto dei veicoli da combattimento. Di conseguenza, l’esercito sovietico subì gravi perdite nelle battaglie intorno al lago Balaton in Ungheria. Il desiderio di pareggiare le probabilità e privare il nemico del vantaggio che ne deriva, costrinse il comando sovietico a illuminare il campo di battaglia con proiettori antiaerei durante il forcing del fiume Oder*. Va notato che per le esigenze dell’esercito tedesco furono utilizzati EOP più moderni con messa a fuoco elettronico-ottica, che fornivano una risoluzione sullo schermo fino a 20 micron, e nelle versioni più complesse anche fino a 1 micron.
Le aziende americane e inglesi ottennero grandi successi. Molto noti sono i mirini notturni per armi leggere «Sniperscope», utilizzati con successo durante lo sbarco degli americani sull’isola di Okinawa. Una rara fotografia di occhiali periscopici americani è mostrata nella Fig. 5.
Figura 5. Rara fotografia di occhiali periscopici americani
Nota: * Opinione dell’autore
Generazione Zero.
I risultati dell’ottica elettronica a metà degli anni Trenta hanno reso possibile sostituire il trasferimento diretto dell’immagine con la messa a fuoco mediante un campo elettrostatico. Zworykin, Farnsworth, Morton e von Ardenna lavorarono attivamente in questa direzione all’estero e in URSS — G.A. Grinberg, A.A. Artsimovich. Di conseguenza, furono sviluppati sistemi a tre e poi a due elettrodi, che fornivano un’amplificazione dell’ordine di centinaia di volte con rotazione simultanea dell’immagine (Fig. 6).
Fig. 6. Progettazione di un EOP a tre elettrodi.
1 — fotocatodo 2 — collare 3 — alloggiamento 4 — elettrodo di focalizzazione 5 — anodo 6 — schermo
Il lavoro successivo ha portato alla scoperta del «fotocatodo multialcalino» (S-20) costituito da arsenidi di sodio e potassio attivati con cesio. Questo fotocatodo è stato alla base di quasi tutti i tipi di EOP per 40 anni. I EOP con trasferimento elettronico dell’immagine e catodo multialcalino appartengono oggi alla generazione zero, o «generazione zero» nel gergo degli specialisti. I rappresentanti più diffusi di questa famiglia in Russia sono il B-8, il famoso «otto», e il K-4, interessante come semplice convertitore.
L’efficienza di tali EOP può essere definita attraverso l’amplificazione del flusso luminoso hф (coefficiente di conversione).
hф( l ) = Sk x U x g,
dove Sk — è la sensibilità del catodo, solitamente espressa in µA/lm; U è la tensione applicata, V; g è l’emissione luminosa dello schermo, lm/W.
Ad esempio, per B-8 la sensibilità integrale di un fotocatodo multialcalino può essere di 200 µA/lm, U — circa 20 kV, g — circa 30 lm/W. L’aumento del flusso luminoso sarebbe di 120 volte. Analogamente, il fattore di conversione del flusso radiante monocromatico hф( l ) in lm/W, cioè a una specifica lunghezza d’onda. Anche la sensibilità spettrale è espressa in lm/W.
Gli EOP di questo tipo sono già stati ritirati dalla produzione in tutto il mondo e sostituiti da convertitori più efficienti, ma anche più costosi, di generazioni successive. La produzione di «nulls», che è sopravvissuta in Russia, ha sostenuto l’industria ottica nazionale, che ha perso il mercato dei propri prodotti durante la crisi dei primi anni ’90. La produzione di massa di NV a basso costo che riempivano gli scaffali si è affermata abbastanza rapidamente. La produzione di massa di NV a basso costo che riempivano gli scaffali si è affermata abbastanza rapidamente. Oggi è possibile acquistare convertitori di generazione 0 a 20 dollari per unità e, se assemblati con un alimentatore ad alta tensione (HVPS), a circa 50 dollari. In combinazione con i bassi requisiti per gli assemblaggi ottici di tali NV, il loro costo è di 100-200 dollari. La mancanza di prestazioni fa sì che questi dispositivi vengano considerati solo come souvenir o giocattoli, cosa che spesso viene sottovalutata dagli acquirenti. Ciononostante, hanno trovato la loro nicchia di mercato, definendo la fascia di prezzo più bassa delle NV.
Lo svantaggio maggiore degli EOP con trasferimento elettrostatico dell’immagine è un forte calo di risoluzione dal centro del campo visivo ai bordi, dovuto alla mancata corrispondenza dell’immagine elettronica curva con il fotocatodo e lo schermo piatti. Per risolvere questo problema, si è iniziato a renderli sferici, complicando notevolmente la progettazione delle lenti, solitamente calcolate su superfici piane.
Prima generazione
Lo sviluppo delle fibre ottiche negli Stati Uniti negli anni ’60 ha permesso di migliorare l’EOP. Sulla base delle piastre in fibra ottica (FOP), che sono un pacchetto di molti LED, sono state sviluppate lenti curve piatte, che hanno iniziato a essere installate al posto delle finestre di ingresso e di uscita. L’immagine ottica proiettata sulla superficie piatta del FOP viene trasmessa al lato concavo senza distorsioni, il che garantisce l’accoppiamento delle superfici piane del fotocatodo e dello schermo con il campo elettronico curvo.
Di conseguenza, la risoluzione è la stessa in tutto il campo visivo e al centro. La prima generazione di EOP prodotti in serie con BOP e messa a fuoco elettrostatica. Nella produzione di questi EOP è stato utilizzato il fotocatodo S-20 sensibile. Inoltre, gli EOP di prima generazione hanno iniziato a utilizzare lenti a specchio per migliorare i parametri di dimensione della massa.
Attualmente i EOP di prima generazione sono ancora utilizzati nei mirini notturni per i fucili da caccia e vengono impiegati con successo quando è richiesta solo la conversione delle lunghezze d’onda del vicino infrarosso in luce visibile, ad esempio per l’ispezione visiva dell’assemblaggio di sistemi di comunicazione ottica, in medicina dove si utilizzano laser IAG con lunghezza d’onda di radiazione di 1,06 µm.
EOP a cascata multipla
Mentre all’estero si sviluppava la tecnologia delle fibre ottiche, nell’URSS si dava la priorità agli EOP a cascata di M.M. Butslov. Lo schema di uno dei campioni di maggior successo, l’U-72, è illustrato nella Fig. 7. 7. In questo progetto il guadagno totale è pari al prodotto dei guadagni di tutte le camere e può raggiungere 10 7 volte.
Fig. 7. Progetto di un EOP a due stadi con focalizzazione elettrostatica degli elettroni del tipo U-72.
La produzione di tali EOP era associata a notevoli difficoltà tecnologiche, in particolare richiedeva l’impiego di manodopera di soffiatori di vetro solo con qualifiche elevate. Inoltre, la risoluzione ai bordi del campo visivo si deteriorava a 2-3 fps/mm. Tuttavia, l’applicazione di massa dei convertitori a cascata assicurò la superiorità tattica delle forze armate dell’URSS nel periodo degli anni ’50-’60.
L’uso del BOP per l’aggancio della telecamera ha semplificato l’assemblaggio e migliorato la qualità dell’immagine, mentre l’uso di metallo-ceramica al posto del vetro ha aumentato significativamente la resistenza della struttura. Questi EOP sono stati prodotti con successo da RCA, ITT (USA), Philips (Paesi Bassi) e altri. Non temevano le luci forti e il loro unico svantaggio doveva essere considerato una lunghezza significativa lungo l’asse ottico.
Il dominio decennale degli EOP a cascata è stato seguito dal loro rapido abbandono e dalla sostituzione con le generazioni successive di EOP. Oggi questi trasduttori non sono utilizzati in commercio, mentre le attrezzature militari rimaste dal periodo dell’URSS sono dotate di moderni EOP di piccole dimensioni. L’URSS è riuscita a superare questa impasse tecnologica solo negli anni ’80.
Seconda generazione
Negli anni ’70, sulla base della tecnologia EOP, le aziende statunitensi svilupparono un amplificatore di emissione secondario sotto forma di piastra a microcanali (MCP). Questo elemento è un setaccio con canali disposti regolarmente con un diametro di circa 10 µm e uno spessore non superiore a 1 mm. Il numero di canali è pari al numero di elementi dell’immagine ed è dell’ordine di 10 6 . Entrambe le superfici dell’MCP sono lucidate e metallizzate e tra di esse viene applicata una tensione di diverse centinaia di volt.
Il principio di funzionamento è ben illustrato nella Fig. 8. Entrando nel canale, l’elettrone subisce delle collisioni con la parete e disloca gli elettroni secondari. In un campo elettrico di trazione questo processo si ripete molte volte, consentendo di ottenere un guadagno di Nx10 4 volte. Per ottenere i canali MCP si utilizzano fibre ottiche di composizione chimica eterogenea. Dopo aver ottenuto il disco, i nuclei delle fibre vengono sciolti in reagenti chimici.
Fig. 8. Principio di funzionamento di un amplificatore di emissione secondaria sotto forma di piastra a microcanali.
La produzione di MCP, così come quella di SEA, fa riferimento all’alta tecnologia, consentendo la produzione di EOP di piccole dimensioni e a basso consumo energetico, adatti all’uso in NV montati sulla testa, cioè occhiali e monocoli. La rotazione dell’immagine nei sistemi EOP con ICP, riferiti alla II generazione, avviene ancora mediante focalizzazione elettrostatica (Fig. 9). Il prologo dell’applicazione di successo degli occhiali binoculari a supporto delle azioni delle unità speciali degli eserciti dei Paesi NATO è stato il modello AN/PVS-5B prodotto da Litton (USA) (foto 1).
Fig. 9. Progetto di EOP con lente elettrostatica
1 — fotocatodo 2 — anodo 3 — piastra a microcanali 4 — schermo
Foto 1. Occhiali AN/PVS-5V di Litton (USA)
Alla fine degli anni ’70 sono stati sviluppati EOP con MCP di progettazione biplanare, cioè senza lente elettrostatica, una sorta di ritorno tecnologico al trasferimento diretto dell’immagine, come nel «vetro di Holst» (Fig. 10). Costruzioni simili, anche multimodali, sono prodotte dalla ditta «Praxitronic» (RFT). Gli EOP in miniatura ottenuti, nella versione moderna, già appartenente alla II+ generazione, hanno permesso di sviluppare occhiali per la visione notturna (NVG) del sistema pseudo-binoculare, in cui l’immagine da un EOP è divisa in due oculari con l’aiuto di un prisma di divisione del fascio. La rotazione dell’immagine viene eseguita in mini-oculari aggiuntivi (Foto 2).
Fig. 10. Struttura di un EOP piatto
1 — fotocatodo 2 — piastra a microcanali 3 — schermo
Foto 2. Il dispositivo di CNF a schema pseudobinoculare (sull’esempio di 1PN74).
1 — alloggiamento VLF 2 — oculare 3 — lente girevole 4 — specchio 5 — collimatore (lente d’ingrandimento) con prisma 6 — alloggiamento VLF 7 — illuminazione IR 8 — EOP 9 — alloggiamento della lente 10 — lente 11 — coperchio della lente
Il design pseudobinoculare non è solo ergonomico, ma anche molto economico, grazie all’uso di un singolo EOP, che è l’unità più costosa — circa il 50% del costo. Il peso di questi EOV è dell’ordine di 500-700 grammi. Oggi, questi sono gli EOV più diffusi e utilizzati dalle Forze Armate e dai servizi speciali di vari Paesi del mondo. Ad esempio, l’AN/PVS-7 negli Stati Uniti e nella NATO, l’1PN74 in Russia. Va notato che la produzione in serie di questi sistemi è iniziata negli Stati Uniti a metà degli anni ’80, mentre in Russia è iniziata solo ora, anche se lo sviluppo del modello nazionale è stato completato all’inizio degli anni ’90.
Terza generazione
Il passo successivo nello sviluppo dell’EOP è stato determinato dall’aumento della sensibilità del fotocatodo. Ciò è stato possibile grazie a una ricerca puramente scientifica. A seguito di ricerche fondamentali iniziate negli anni ’70, si è scoperto che il materiale ottimale per la creazione di un fotocatodo è l’arseniuro di gallio, in grado di emettere efficacemente elettroni all’emissione iniziale di radiazioni con una lunghezza d’onda di 0,9 micron o inferiore.
Tuttavia, la realizzazione dell’AsGa-FC è stata a lungo ostacolata dalla presenza di una barriera energetica che impediva agli elettroni di staccarsi dalla superficie dello strato semiconduttore (barriera di affinità elettronica potenziale). Questo problema è stato risolto con successo da Scher e Van Laar, dipendenti del Phillips Research Centre, e da Williams e Soiman, che hanno proposto la teoria dell’OES (affinità elettronica negativa).
La produzione di AsGa-PC è possibile solo in condizioni di altissimo vuoto, dell’ordine di 1 0-10 — 1 0-11 mm Hg, e l’intero processo deve essere eseguito sotto il controllo di complesse apparecchiature diagnostiche. A causa della rapida ossidazione della superficie del fotocatodo in aria, anche l’assemblaggio di EOP di III generazione deve essere eseguito in una camera a vuoto con l’aiuto di manipolatori. Di conseguenza, sono necessarie più di 400 operazioni tecnologiche per produrre EOP di terza generazione. Tutto ciò ha determinato il costo estremamente elevato di questi trasduttori.
Inizialmente, la tecnologia industriale AsGa-FC è stata sviluppata dall’azienda americana «Varian», da cui è stata acquistata per la produzione di massa da ITT Night Vision e Litton, aziende leader negli USA, produttrici di NV militari per le esigenze della NATO.
Le elevate caratteristiche dell’EOP III hanno permesso a queste aziende di sviluppare gli NV binoculari per l’aviazione — ANVIS / AVS-6 per il pilotaggio degli elicotteri e AVS-9 per gli aerei in condizioni notturne a bassa quota, che consentono di volare in formazione ravvicinata, riconoscere bersagli e ostacoli a terra.
Il lungo sviluppo scientifico e la complessa tecnologia di produzione, che determinano l’elevato costo dell’EOP di terza generazione, sono compensati dall’elevatissima sensibilità del fotocatodo. La sensibilità integrale di alcuni campioni raggiunge i 2000 mA/W, la resa quantica (il rapporto tra il numero di elettroni emessi e il numero di quanti con lunghezza d’onda nella regione di massima sensibilità che cade sul fotocatodo) supera il 30%! (Fig. 3).
Naturalmente, durante lo sviluppo dell’EOP III sono stati applicati i risultati delle tecnologie di tutte le generazioni precedenti, che hanno permesso di creare un design ultra-miniaturizzato. Il diametro standard del fotocatodo/schermo è di 18 mm, molto meno spesso di 25 mm per i sistemi di avvistamento. Gli alimentatori ad alta tensione (HVPS) sono già integrati nell’alloggiamento di questi EOP. L’assorbimento di corrente non supera i 20 mA, con una tensione di alimentazione di 3 V, che consente ai moderni EOP di funzionare ininterrottamente per quasi un giorno con due normali batterie da dito. Inoltre, questi EOP hanno un’affidabilità molto elevata (MTBF di circa 10.000-19.000 ore).
L’elevata sensibilità del nuovo fotocatodo ha permesso di vedere anche nelle condizioni peggiori, chiamate «cloudy starlight», cioè con la presenza di nuvole e l’assenza della luna. L’illuminazione è di 5×1 0-4 lux. Gli NV con EOP II erano orientati al funzionamento in condizioni di «illuminazione notturna naturale» (NLE) — 5×1 0-3 lux, cioè in presenza di luce stellare senza nuvole e luce lunare. Dal 1992, ITT e Litton NV hanno fornito occhiali PVS-7B e ANVIS con EOP III all’esercito americano e alleato nell’ambito di contratti industriali pluriennali Omnibus III (Omni IV dal 1996 e Omni V dal 1998).
Gli EOP III sono ora considerati una tecnologia militare chiave. La loro disponibilità offre all’esercito e all’aeronautica un enorme vantaggio sui potenziali avversari nella guerra notturna. Attualmente, anche i servizi di sicurezza, le forze dell’ordine e i servizi di soccorso dei Paesi sviluppati stanno acquistando su larga scala questi NV.
Oltre agli Stati Uniti, solo la Russia produce convertitori basati su AsGa-FC. Lo sviluppo dell’EOP III è stato fortemente ritardato a causa di una certa arretratezza tecnologica, che ha portato a una crisi divenuta evidente con l’inizio della guerra in Afghanistan. L’acquisizione delle attrezzature necessarie all’estero è stata ostacolata dagli embarghi. Tuttavia, gli ostacoli esistenti sono stati superati.
Attualmente, due aziende russe, Katod (Novosibirsk) e Geofizika-NV (Mosca), producono EOP III e li offrono a prezzi dell’ordine di 1.500-1.800 dollari, a seconda del tipo di design e delle caratteristiche. La «Geofizika-NV» è anche l’azienda russa più avanzata in termini di sviluppo e produzione di occhiali per l’aviazione. Gli occhiali 1PN74 con EOP III utilizzati nell’esercito russo sono prodotti dall’impresa statale unitaria «Alfa» (Mosca), lo sviluppo di SKTB TNV, per le esigenze dell’aviazione la stessa azienda fornisce gli occhiali per elicotteri «ONV-1». Va notato che la distribuzione di questi prodotti ad alta tecnologia è controllata dallo Stato.
EOP II + e SUPER II +
La mancanza di mercati nazionali necessari per realizzare componenti costosi come l’EOP III ha portato la maggior parte dei produttori di NV a mettere in dubbio il potenziale di recupero dei costi della loro messa in produzione. L’alternativa era migliorare l’efficienza dei trasduttori esistenti. Questo sviluppo ha portato a un ritorno al catodo multialcalino, inizialmente con una maggiore sensibilità nella regione IR (S-25), pur mantenendo i progetti raggiunti nella Generazione III. Successivamente, è stato sviluppato un fotocatodo con sensibilità particolarmente elevata (S-25R) (Fig. 3). Sulla base di tali catodi oggi vengono prodotti EOP rispettivamente di II + e SUPER II + generazione. La stessa classificazione si applica alla generazione I.
I produttori di EOP III riconoscono che non esistono differenze fondamentali in termini di efficienza tra i nuovi sistemi di generazione Super II + e III. I vantaggi dei convertitori di terza generazione diventano evidenti con l’invecchiamento di questi dispositivi, poiché i fotocatodi S II + perdono sensibilità (si degradano) con l’uso. Questi EOP hanno una durata di vita di circa 3.000 ore e costano tra i 600 e i 900 dollari, a seconda del modello.
Conoscere i principi degli EDS e la loro tecnologia di produzione consente di determinare le caratteristiche principali del NV e il suo costo previsto. Per un rapido riferimento all’interno di questa classificazione, è opportuno utilizzare la tabella che riassume le principali caratteristiche degli EDS. Tuttavia, per una valutazione più completa è necessario farsi un’idea dei requisiti specifici dei componenti ottici e della progettazione di tali dispositivi. La qualità raggiunta dai componenti ottici non ha limitato lo sviluppo degli EOP. Il limite di risoluzione, che determina la dimensione angolare minima dell’oggetto disponibile per l’osservazione, è determinato dal potere risolutivo degli ICP applicati, ovvero dal diametro dei canali. Oggi, l’EOP medio fornisce 30-40 fps/mm, mentre i migliori modelli di EOP III, progettati principalmente per l’aviazione, raggiungono i 64 fps/mm. Il diametro dei pori in questi MCP è di 5-6 µm con uno spessore di centesimi di mm. A causa della loro elevata fragilità, queste piastre sono estremamente difficili da produrre e lavorare.
Nella progettazione di un cannocchiale si utilizzano esclusivamente obiettivi ultraluminosi. L’optimum è un obiettivo con un’apertura relativa (fattore F) di 1:1,4, mentre i modelli migliori hanno un’apertura di 1:1,1 (per sistemi montati sulla testa con un ingrandimento dell’immagine di 1x, cioè occhiali, monocoli). Conoscendo il diametro standard del fotocatodo, 18 mm per i modelli II+ e superiori, non è difficile determinare gli altri parametri principali dei moderni obiettivi: angolo di campo di 40°, lunghezza focale di 25 mm. Oggi si producono obiettivi con un campo visivo di 50° e persino di 60°, con una riduzione proporzionale della lunghezza focale, che corrisponde al campo visivo ad alta definizione dell’occhio. I requisiti ergonomici per ridurre al minimo i parametri massa-dimensionali della NV e la qualità dell’immagine costringono a sviluppare lenti multicomponente (fino a 10, di norma, lenti sottili), complesse nella produzione e, quindi, costose. Fanno eccezione le lenti «zero-component», che di solito sono lenti economiche a quattro componenti. Le differenze nella struttura antropometrica della testa costringono gli sviluppatori a introdurre un meccanismo di allineamento con la base dell’occhio (la distanza tra gli assi ottici degli occhi di persone diverse varia da 56 a 72 mm), o a raggiungere diametri significativi delle pupille di uscita degli oculari, superiori a 14 mm, il che complica anche la progettazione di NV montati sulla testa.
Esistono anche problemi nello sviluppo di mirini per la visione notturna. In particolare, è necessario introdurre una tacca di mira e prevedere la rimozione della pupilla d’uscita dell’oculare superiore a 50 mm, il che comporta un aumento delle dimensioni e della massa del vetro; i requisiti di resistenza meccanica sono elevati. I moderni mirini notturni e i binocoli forniscono un ingrandimento dell’immagine di 3-5 volte con lunghezze focali di 75-120 mm e un’apertura relativa di circa 1:1,5. Per utilizzare gli occhiali pseudo-binoculari come binocoli, si utilizzano attacchi afocali montati sull’obiettivo principale (forniti come set o su ordinazione speciale). Per ridurre il peso del cannocchiale si utilizzano spesso lenti a specchio, anche se gli schemi di lenti tradizionali rimangono i più comuni.
In conclusione, va notato che la storia della NV non si limita al livello raggiunto. La continua espansione dei volumi di produzione e di vendita, l’aumento dell’interesse per i nuovi prodotti da parte di tutti gli operatori del mercato high-tech testimoniano le ampie prospettive della tecnologia di visione notturna. Nonostante i dispositivi di visione notturna con EOP III siano in grado di svolgere compiti anche nelle notti più buie, sono attualmente in corso lavori attivi per lo sviluppo della generazione EOP IV e per il miglioramento dei circuiti dei dispositivi di visione notturna. La maggior parte dei lavori riguarda il miglioramento delle caratteristiche energetiche, la progettazione e l’espansione delle capacità funzionali dei dispositivi. Lo sviluppo di fotocatodi con sensibilità estesa alla regione delle onde lunghe dell’infrarosso è di notevole interesse. Un buon risultato è stato raggiunto da Litton, che ha sviluppato l’EOP III «advanced in IR», con il quale è possibile rilevare la radiazione del laser IAG con una lunghezza d’onda di 1,06 micron, utilizzato in tutti gli eserciti per le esigenze di misurazione della distanza.
Tabella 1: Caratteristiche principali degli EOP (selettivamente*)
unità.
* Questa tabella non include una serie di caratteristiche importanti, come il limite di risoluzione (str/mm), il consumo di corrente (mA) e altre. Queste caratteristiche possono essere considerate allo stesso modo o come parte del prodotto.
** Gli EOP multicamera e gli EOP con diametro del fotocatodo maggiorato (25 mm contro 18 mm) non sono presi in considerazione, poiché richiedono progetti NV speciali.
*** ENO — «illuminazione notturna naturale» normalizzata, 5×1 0-3 lux, luce stellare senza luna e nuvole; EOP III — lo stesso, ma a 5×1 0-4 lux, luce stellare «coperta», cielo nuvoloso.
Purtroppo, lo spazio limitato dell’articolo della rivista non permette di trattare in modo più dettagliato i numerosi e spesso drammatici eventi che hanno accompagnato le fasi di sviluppo e di perfezionamento della tecnologia dei visori notturni. Il lettore che non è entrato in contatto con il mondo dei visori notturni rimarrà senza dubbio stupito nel conoscere la portata dell’influenza di queste famose opere di tecnocultura su molte decisioni militari e politiche della seconda metà del XX secolo. Anche gli specialisti potrebbero essere sorpresi dall’entità delle spese sostenute per lo sviluppo e la produzione di modelli di NV tradizionali e più recenti che utilizzano praticamente tutti i tipi di EOP descritti. L’ampia gamma di NV dal design simile, ad esempio, testimonia la mancanza di una commercializzazione qualificata sul mercato internazionale dei NV, ad eccezione, ovviamente, degli Stati Uniti. È possibile che questi problemi vengano superati da diversi articoli dedicati alla flotta nazionale ed estera di dispositivi per la visione notturna, nonché alle prospettive di sviluppo, che l’autore intende proporre nei prossimi numeri della rivista.
LETTERATURA
- Kurbatov L.N. Un breve schizzo della storia dello sviluppo dei dispositivi di visione notturna basati su convertitori ottici elettronici e intensificatori di immagine// Vopr. Oboron. Techniques. Ser. 11. — 1994 — Vop. 3(142) — 4(143).
- Koshchavtsev N.F., Volkov V.G. Dispositivi di visione notturna// Vopr. Oboron. Tecniche. Ser. 11. — 1993 — Vop. 3(138).
- Goodman G. Modern night vision goggles used in the U.S. Army.// Traduzione di un articolo in Armed Force Journal International, luglio 1998, pp. 42-45. 42-45.
Data di pubblicazione: 12-8-2023
Data di aggiornamento: 12-8-2023
