Wie funktioniert Nachtsicht Arbeit Erklären Sie, dass Stuff

W ie viele Male gesagt hat jemand zu dir: „Wenn Sie alle Ihre Karotten essen, werden Sie in der Lage sein, im Dunkeln zu sehen.“ Wenn es, dass jede Wahrheit waren, Soldaten, Matrosen und Piloten würden nirgendwo ohne eine Karotte in ihre Tasche stopfte gehen. Viel nützlicher auf dem Schlachtfeld sind Nachtsichtbrille: elektronische Augen, die schwache Nachtsicht in etwas erhöhen viele Male mächtiger. Wenn Sie Kriege kämpfen in der Nacht oder beobachten Wildtier in der Dämmerung, Nachtsichtbrille wollen, ist der Weg zu gehen, aber wie genau diese cleveren Bits Kit wiederum Dunkelheit ins Licht tun? Lasst uns genauer hinschauen!







Wie Tiere sehen im Dunkeln

Die Menschen sind für das Leben in der Tageszeit gebaut und im Dunkeln zu schlafen. Die Netzhaut (das Licht -sensitiven Teil unserer Augen) hat Zellen Konen (für das Sehen farbiges Lichts) bezeichnet und Stäbe (zum Erfassen der Bewegung und Schwaches Licht). Wir haben 20-mal mehr Stäbe als Kegel (120 Millionen Stäbchen und nur 6 Millionen Zapfen), aber wir sind noch nicht sehr gut in der Dunkelheit zu sehen.

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Foto: Das Gürteltier ist im Allgemeinen eine Kreatur der Nacht. Foto von John und Karen Hollingsworth mit freundlicher Genehmigung von US Fish and Wildlife Service.

Der Mensch kann nicht jeder dieser Tricks. Unsere Schüler weiter offen bei schwachem Licht, aber nicht breit genug, um uns zu helfen, die viel in der Nacht. Unsere Augen haben nicht genug Stangen-und wir haben kein Tapetum. Also, was können wir tun, in der Nacht zu sehen? Wir können für Technologie erreichen!

Wie Nachtsicht erfinden

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Foto: Ein Land Warrior PVS-14 Nachtsichtgerät. Foto mit freundlicher Genehmigung von US-Armee.

Stellen Sie sich Ihre Arbeit eine Brille zu erfinden, die Menschen in der Nacht zu sehen helfen. Es ist offensichtlich, was Sie zu tun haben. Die Lichtstrahlen werden die Gläser an der Front reisen in, so müssen Sie sie irgendwie erfassen, steigern sie in Kraft, und sie dann Feuer in den Augen der Person. Aber wie können Sie erfassen und Licht steigern? Fernglas. Teleskope und sogar gewöhnliche Brille wird Licht auf einen Fokus bringen, aber sie tun es nicht heller. Es ist einfach, ein paar Gläser zu erfinden, die Dinge Dimmer machen: Sie gerade Beschichtung der Linsen mit etwas, das einige der absorbiert Licht und das ist, wie Sonnenbrillen funktionieren. Aber Gläser, die Dinge heller sind eine große Herausforderung machen.

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Foto: Nachtsichtbrillen sind eine Erweiterung der eigenen Vision. Foto von Kenneth R. Hendrix mit freundlicher Genehmigung von der US Navy.

Elektrizität. auf der anderen Seite, ist sehr einfach, in Kraft zu steigern. Die Menschen haben alle Arten von elektrischen Geräten erfunden, die einen größeren Fluss an dem anderen an einem Ende in einem kleinen elektrischen Strom (Stromfluss) nehmen und produzieren. Etwas, das dies tut, ist ein Verstärker bezeichnet. Ein Hörgerät. zum Beispiel verwendet eine winzige elektronische Komponente ein Transistor zu verstärken Sounds (erhöhen ihr Volumen) erfaßt durch ein Mikrofon genannt, so dass jemand schwerhörig, um sie leicht mehr hören kann. Eine E-Gitarre verwendet einen viel leistungsfähiger Verstärker der Rupfen klingt die Saiten machen in Töne zu verwandeln, ein Stadion zu füllen.

Also hier ist eine Möglichkeit, Schutzbrille zu erfinden, das Licht verstärken. Was passiert, wenn wir das Licht in Strom, erhöhen die Elektrizität, und drehen Sie dann den verstärkten Strom wieder in Licht verwandeln? Das sollte das Licht viel heller machen, damit wir auch in der Nacht sehen. Dieser unwahrscheinlich klingt Trick wirklich funktioniert-und es ist, wie Nachtsichtbrille uns helfen, zu sehen.

Wie Nachtsichtbrille arbeiten?

Nachtsichtbrille kurbelt eine dunkele, dunkele Szene in einer Reihe von einfachen Schritten:

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  1. Schwaches Licht von einer Nachtszene tritt in die Linse auf der Vorderseite. Das Licht wird von Photonen (Lichtpartikel) aller Farben.
  2. Da die Photonen die Brille geben, schlagen sie eine lichtempfindliche Fläche eine Photokathode bezeichnet. Es ist ein bisschen wie eine sehr präzise Solarpaneel: Es ist Aufgabe Photonen in Elektronen umzuwandeln (das kleine, subatomaren Teilchen, die Elektrizität um eine Schaltung tragen).
  3. Die Elektronen werden von einem Photomultiplier verstärkt. eine Art Fotozelle. Jedes Elektron die Photomultiplier führt zu vielen mehr Elektronen Eingabe verlassen es.
  4. Die Elektronen der Photomultiplier verlassen prallte gegen einen Phosphorschirm. ähnlich den Bildschirm in einem altmodischen Fernseher. Da die Elektronen den Leuchtstoff treffen, erzeugen sie winzige Lichtblitze.
  5. Da es viel mehr Photonen als ursprünglich die Brille eingegeben, macht der Bildschirm eine viel hellere Version der ursprünglichen Szene.






Foto: Grafik durch explainthatstuff.com basierend auf dem Foto oben oben, mit freundlicher Genehmigung der US-Armee. Bitte beachten Sie, dass dies eine allgemeine Darstellung von dem, was geschieht in Brille Nachtsicht; es repräsentiert nicht genau, wie das Land Warrior Gerät auf dem Foto tatsächlich funktioniert.

In der Praxis

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In Wirklichkeit, wie Sie aus diesem Patent Illustration eines Land Warrior-Typ Nachtsichtgerät entworfen von Gary Palmer von ITT, die Bildsteigernde Fotokatode und Photomultiplier-Bildverstärker Komponenten-repräsentieren nur den zentralen Teil eines komplexeren sehen ( aber immer noch relativ konventionell) optisches System. Lass dich nicht von allen Details verwechselt werden; Ich habe ein paar der wichtigsten Bits gefärbt und hervorgehoben zu zeigen, wie alles zusammen passt. Mit den Zahlen von der Grafik und von links nach rechts: 40 ist die Objektivlinse (die Linse des Objekt am nächsten an Sie suchen); 42 ist im Wesentlichen ein Fokussierungsmechanismus; 50 ist die Bildverstärkereinheit (entsprechend 2,3 Teile, und 4 von meiner vereinfachten Vorlage oben); 54 ist ein Kollimator, verengt und richtet die Lichtstrahlen, die durch sie verläuft; 58 und 62 sind Spiegel; 14 ist das Okular. Am unteren Ende 78 ist ein Spannungsregler und 81 ist der Batteriesatz.

Warum sieht alles durch Nachtsichtbrille grün?

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Foto: Nachtsichtbrille hat wie normale Brille sauber gehalten werden. Hier wird ein Elektronik Arbeiter ist die Photomultiplier Ausräumen (auch als Bildverstärkerröhre). Foto von Tracey Condi mit freundlicher Genehmigung von der US-Armee.

Selbst in der Nacht, die Photonen, die die Linse an der Vorderseite der Nachtsichtbrille getroffen tragen Licht in allen Farben. Aber wenn sie in Elektronen umgewandelt werden, gibt es keine Möglichkeit, diese Informationen zu erhalten. Effektiv wird das ankommende, wird farbiges Licht in schwarz geworden und weiß. Warum also nicht Nachtsichtbrille aussehen schwarz und weiß? Die Leuchtstoffe auf ihren Bildschirmen sind bewusst grün Bilder machen gewählt, weil unsere Augen empfindlicher auf grünes Licht sind. Es ist auch für längere Zeit auf dem grünen Bildschirmen aussieht einfacher als bei Schwarz-Weißen zu sehen (das ist, warum frühe Computer-Bildschirm eher grün sein). Daher Nachtsichtbrillen haben ihre charakteristischen, unheimlich grün leuchten.

Was, wenn es wirklich kein Licht?

Nachtsichtbrille wie die, die oben beschrieben werden manchmal Bildverstärker genannt. weil sie die winzige Menge an Licht nehmen, die in der Nähe von Dunkelheit vorhanden ist und es genug Auftrieb für unsere Augen zu sehen. Aber manchmal gibt es einfach nicht genug Licht diese-und Bildverstärker zu tun Brille einfach nicht funktionieren. Nehmen wir zum Beispiel, du bist ein Feuerwehrmann versucht, es zu sehen, ob jemand in einem verrauchten Gebäude eingeschlossen ist, würde ein Bildverstärker als Ihre eigenen Augen, als nutzlos.

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Foto: Kräftig, sind Wärmebildkameras wirklich hilfreich für die Feuerwehr an Orten arbeiten, wo dichten Rauch Grenzen Sichtbarkeit. Foto von Jo Wilbourn mit freundlicher Genehmigung von der US-Marine.

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Foto: Ein Infrarot-Wärmebild (Thermogramm) von einem Auto in der Sonne geparkt: hier verschiedene Farben zeigen unterschiedliche Temperaturen, mit roten und gelben heißesten und kältesten blau. Sie können sehen, wie das Innere des Autos und seine Metallkarosserie weit wärmer als die Luft außerhalb sind. Foto mit freundlicher Genehmigung von US Department of Energy.

Die Alternative ist, zu verwenden, was Wärmebild genannt wird. Statt der Suche nach dem Licht, das Objekt reflektiert, suchen wir die Wärme, die sie stattdessen abgeben. Im Allgemeinen bewegen Lebewesen um in der Dunkelheit sein werden heißer als ihre Umgebung; das gilt auch für Fahrzeuge und Maschinen zu. Heiße Objekte geben Infrarotstrahlung. die eine ähnliche Art von Energie in Licht, aber mit einer etwas längeren Wellenlänge (niedrigeren Frequenz). Es ist relativ einfach, eine Kamera herzustellen, die Infrarotstrahlung aufnimmt und wandelt sie in sichtbares Licht: es wie eine Digitalkamera arbeitet, außer daß der Bilddetektor-Chip (entweder eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder einen CMOS-Bildsensor) reagiert auf Infrarot anstelle von sichtbarem Licht; es produziert noch ein sichtbares Bild auf einem auf die gleiche Weise wie eine normale Digitalkamera-Bildschirm. Andere Arten von Wärmebildkameras verschiedene Farben verwenden, um Objekte unterschiedlicher, um anzuzeigen, Temperatur-und sie sind häufig zu zeigen, Dinge wie der Wärmeverlust von schlecht isolierten Gebäuden.

Wie funktioniert ein Wärmebild Sensor?

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Die Hauptkomponenten im linken Bild sind:

  • 12 und 12A. Schutzhelm und Schutzkappe (gelb).
  • 18. Fall für Bildsensoreinheit (grau).
  • 18A. Öffnung für die Kameralinse und dem Bildsensor (orange).
  • 22. Monokular Okular-Anzeige (rot).
  • 24. Biegsame Arm Tragseile von dem Bild-Sensor anzuzeigen (hellblau).
  • 44. Ein / Aus-Schalter (lila).

Das Recht (Explosions) Bild zeigt auch:

  • 36. Infrarot-Kamera (gelb).
  • 38. Batterie (orange).
  • 40 und 42 Bildverarbeitung und die Anzeige-Leiterplatten (grün).






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