Kdy a kým byla vynalezena termovizní kamera

Srpna 11, 2022

Svět, ve kterém žijeme, není dokonalý. A muž v tomto světě se ho neustále snaží vylepšovat a definovat si v něm své místo. Místo, jehož vrchol existuje pouze ve virtuálním světě. Při studiu problému vědci šli k jeho řešení po staletí a když dosáhli vrcholu, uvědomili si, že jde pouze o přechodný bod, nikoli o vítězství. Muž bez křídel vždy snil o tom, že bude létat jako pták. A letěl, když navrhl letadlo. Když vzlétl do vzduchu, byl zděšen – byla to jen noha Olympu. Ostatně z letadla měl blíže ke snění o hvězdách a oceán z výšky byl nesmírný a jakoby neprobádaný. To jen přidalo na touze pokročit vpřed, včetně vidět dále, jasněji a lépe. Vidět jako kočka ve tmě a využít cizí teplo živého teplokrevného organismu k objevení třetího, prakticky skutečného „kočičího vidění“. Vize otevřela a otevírá řadu nových a nečekaných řešení v rozvoji téměř všech oblastí vědecké činnosti. Toto je jen začátek dlouhé a nekonečné cesty. Cesta studia a realizace infračervené, v běžné řeči, tepelné techniky, začala před dvěma stoletími. Ve vědě existuje komplikované-jednoduché označení pro vyzařovanou tepelnou energii, definované jako „tepelný podpis“. V zásadě je to proto, že i když led vyzařuje tepelnou energii s tím, jak se předmět úměrně zahřívá, uvolňování tepelné energie v infračervených vlnách se zvyšuje, což had neomylně cítí. To je nejlepší příklad toho, jak toto zvíře, rozlišující teplotní rozdíl hlodavců, úspěšně útočí na svou kořist v úplné tmě. Jak to funguje?

Kdy a kdo vynalezl termovizi
Na počátku devatenáctého století astronom William Herschel při hledání řešení problému snížení jasu slunečního obrazu v dalekohledech objevil uvolňování velkého množství tepla při použití červeného filtru. Při měření se teplo zvýšilo v tmavé oblasti za červeným koncem spektra. Když byl stanoven bod maxima, bylo zjištěno, že je daleko za červeným koncem spektra, nyní známým jako „rozsah infračervených vln“. Tento objev nazval termometrický rozsah. Další výzkum ukázal, že za tímto spektrem existuje neviditelná forma světla, nazývaná „neviditelné paprsky“, která jen o sedmdesát let později dostala dnes již známý název „infračervené“. Mimochodem získal také první záznam termosnímku na papír, který nazval termograf. Na konci devatenáctého století vynalezl americký vědec Langley zařízení - bolometr, na měření tepelného záření. Byl to prototyp dnešního velmi citlivého teploměru, který soustředil infračervené záření na desky a galvanometrem měřil elektrický proud. Na začátku dvacátého století, v roce 1934, vynalezl maďarský fyzik Tihanyi elektronickou televizní kameru citlivou na infračervené záření. To byl výchozí bod pro aktivní rozvoj nočního vidění. Od té doby se přístroje pro noční vidění dělí na generace. Postupné zavádění každé generace bylo spojeno se zvětšováním rozsahu pozorování, zlepšováním kvality obrazu a snižováním hmotnosti a rozměrů přístrojů. Kritériem definujícím novou generaci je hlavní součást zařízení – elektrooptický převodník, jehož podstatou je zvýšením jasu zviditelnit neviditelné.
Jak se zrodilo termovize
Na počátku byla tzv. „nultá“ generace, kde byl použit optický konvertor od holandské společnosti Philips, pojmenovaný po jednom z vývojářů „Holstovo sklo“. Fotokatoda a fosfor byly aplikovány na jejich dna ve dvou zasazených kádinkách. Vytvořením elektrostatického pole dosáhli přenosu obrazu. Ve skutečnosti v této verzi zařízení fungovalo pouze s povinným osvětlením objektu pozorování infračerveným reflektorem. I když byl přístroj impozantní velikostí, byl velmi těžký a měl špatnou kvalitu obrazu, Britové jej začali sériově vyrábět pro potřeby armády v roce 1942. Za čtyři roky používání tohoto konvertoru došlo k aktivnímu vývoji a výrobě nočních zaměřovačů, dalekohledů, a začaly systémy pro tanky a další vybavení. V šedesátých letech se objevily pokusy vyrobit jednoprvkové detektory, které snímaly a vytvářely lineární obrazy toho, co bylo vidět. Vzhledem k vysoké ceně projektu nebyla tato myšlenka realizována.
Jednokaskádová zařízení této generace mají více nevýhod než plusů. V první generaci elektro-optického zařízení byla jako hlavní prvek použita křehká skleněná vakuová baňka s citlivostí fotokatody. Toto zařízení poskytovalo jasný obraz ve středu a zkreslovalo vše na okrajích. S bočním nebo čelním zdrojem jasného světla se nástroj prakticky stal „slepým“. V noci bez dodatečného infračerveného přísvitu byla viditelnost také téměř nulová. V šedesátých letech, s rozvojem technologie optických vláken, bylo možné vylepšit zařízení první generace a nahradit je podmíněným plusem. Ploché sklo bylo nahrazeno deskou z optických vláken, která umožnila přenášet obraz s velkou čistotou, získat vysoké rozlišení v celém rámu a eliminovat odlesky.
Sedmdesátá léta byla ve znamení vývoje druhé generace přístrojů. Američtí vědci vybavili zařízení zesilovačem založeným na mikrokanálové desce, kde jsou elektrony ve speciální komoře mnohokrát zesíleny, čímž se získá vynikající vidění. Z tohoto důvodu je druhá generace elektrooptického zařízení běžně označována jako invertorové zařízení.
V následující generaci druhé plus, nazývané planární, není žádná disperzní komora a elektron vstupuje přímo přes stínítko elektronově-optického konvertoru. Zařízení ztratilo kvalitu obrazu a zároveň se zdvojnásobila rychlost obrazu v infračerveném režimu. Inovace přidala ovládání jasu a ochranu před bočním a čelním světlem. Tyto přístroje patřily k profesionálnímu vybavení.
V roce 1982 začalo odpočítávání třetí generace elektro-optických zařízení, odlišných v designu. Použili gallium, které několikanásobně zvýšilo citlivost na infračervené záření. Zařízení této generace jsou uznávána jako high-tech a jsou velmi zajímavá především pro vojensko-průmyslový komplex. Vzhledem k absenci desky s optickými vlákny je třeba poznamenat, že zařízení čtvrté generace nejsou chráněna před bočním vystavením světlu. A cena. Zařízení v této generaci překonalo všechny rozumné tolerance v pochopení tvorby nákladů výrobce.
Pravděpodobně pro kompenzaci nevýhod zařízení a snížení nákladů bylo vyvinuto zařízení generace SUPER two-plus. Vývojáři plánovali v tomto zařízení spojit technologické výhody všech předchozích generací elektronově-optického převodníku. Výsledkem byla velmi citlivá fotokatoda. Jak specialisté přiznávají, mezi Super Two Plus a třetí generací není žádný rozdíl. Až na cenu. Z hlediska nákladů odpovídá Super Two Plus ceně průměrného levného vozu.
První aplikace
Na začátku roku 1930 němečtí vědci aktivně zkoumali účinky tepelného záření na polovodiče. V důsledku toho byly vyvinuty citlivé přijímače záření, které hrály zásadní roli ve vývoji četných infračervených systémů, vyrobených až čtyři tisíce každý měsíc, pro vojenský průmysl. Nejúspěšnější byli ve 1930. letech Američané, kteří vytvořili zařízení pro pohon tanků v noci a noční zaměřovače pro lodě. V roce 1941 začalo britské námořnictvo vybavovat plavidla zařízeními pro noční vidění založenými na optických konvertorech obrazu, které pomáhaly lodím vrátit se za tmy na jejich domovskou základnu. S jejich pomocí čluny vracející se po útoku našly základní loď podle signálních světel. Téměř ve stejné době byla německá armáda vybavena infračerveným zařízením pro noční pohon tanků, nočními zaměřovači pušek a systémy identifikace letadel. Například v noci při použití dvousetwattových světlometů na nádržích uzavřených infračerveným filtrem viděl řidič obrovské překážky téměř dvě stě metrů daleko a zaměřovač pušky efektivně fungoval až na sto metrů. Počátkem šedesátých let švédská společnost AGA vyvinula infračervenou termokameru pro armádu, jejíž následné modely pro infračervené zobrazování byly po mnoho let nejlepší na světě. Když se v polovině devadesátých let spojili tři největší výrobci infračerveného záření, americké společnosti FLIR a Inframetrics a švédská AGEMA Infrared Systems, začala nová fáze termovizí. Dnes je americká společnost FLIR Systems největším světovým výrobcem komerčních termovizních kamer pro vědecký výzkum, průmysl a zemědělství, průmysl a zemědělství, monitorování vzdušných objektů a noční vidění.