Quand et par qui la caméra thermique a été inventée

11 août 2022

Le monde dans lequel nous vivons n'est pas parfait. Et un homme dans ce monde essaie constamment de l'améliorer et d'y définir sa place. Un lieu dont le sommet n'existe que dans le monde virtuel. En étudiant le problème, les scientifiques sont allés à sa solution pendant des siècles et, ayant atteint le sommet, ont réalisé qu'il ne s'agissait que d'un point intermédiaire, pas d'une victoire. Un homme sans ailes a toujours rêvé de voler comme un oiseau. Et il a volé, ayant conçu un avion. Alors qu'il décollait dans les airs, il fut horrifié - ce n'était que le pied de l'Olympe. Après tout, de l'avion, il était plus proche de rêver aux étoiles, et l'océan d'une hauteur était immense et tout aussi inexploré. Cela n'a fait qu'ajouter à l'envie d'aller de l'avant, y compris de voir plus loin, plus clair et mieux. Voir, comme un chat, dans le noir et utiliser la chaleur de quelqu'un d'autre d'un organisme vivant à sang chaud pour découvrir une troisième "vision de chat" virtuellement réelle. Une vision s'est ouverte et s'ouvre une foule de solutions nouvelles et inattendues dans le développement de presque tous les domaines d'activité scientifique. Ce n'est que le début d'un voyage long et sans fin. Le chemin de l'étude et de la mise en œuvre de l'infrarouge, dans le langage courant, la technologie thermique, a commencé il y a deux siècles. En science, il existe une désignation simple et compliquée pour l'énergie thermique rayonnée, définie comme la « signature thermique ». En principe, c'est parce que même si la glace émet de l'énergie thermique lorsqu'un objet chauffe en proportion, la libération d'énergie thermique dans les ondes infrarouges augmente, ce qu'un serpent peut ressentir sans équivoque. C'est le meilleur exemple de la façon dont cet animal, discernant la différence de température des rongeurs, attaque avec succès sa proie dans l'obscurité totale. Comment ça marche?

Quand et qui a inventé l'imagerie thermique
Au début du XIXe siècle, l'astronome William Herschel, alors qu'il cherchait une solution au problème de la réduction de la luminosité de l'image du soleil dans les télescopes, découvrit le dégagement d'une grande quantité de chaleur lors de l'utilisation d'un filtre rouge. Lorsqu'elle est mesurée, la chaleur a augmenté dans la région sombre au-delà de l'extrémité rouge du spectre. Lorsque le point de maximum a été établi, il s'est avéré qu'il était bien au-delà de l'extrémité rouge du spectre, maintenant connue sous le nom de "gamme d'ondes infrarouges". Cette découverte, il l'a appelée la portée thermométrique. Des recherches plus poussées ont montré qu'au-delà de ce spectre, il existe une forme de lumière invisible, appelée "rayons invisibles", qui seulement soixante-dix ans plus tard a reçu le nom désormais familier d'"infrarouge". Incidemment, il a également obtenu le premier enregistrement d'une image thermique sur papier, qu'il a appelé un thermographe. À la fin du XIXe siècle, le scientifique américain Langley a inventé un appareil - un bolomètre, pour mesurer le rayonnement thermique. C'était le prototype du thermomètre très sensible d'aujourd'hui, qui focalisait le rayonnement infrarouge sur des plaques et mesurait le courant électrique avec un galvanomètre. Au début du XXe siècle, en 1934, le physicien hongrois Tihanyi invente la caméra de télévision électronique sensible au rayonnement infrarouge. Ce fut le point de départ du développement actif de la vision nocturne. Depuis lors, les appareils de vision nocturne ont été divisés en générations. L'introduction progressive de chaque génération a été associée à l'augmentation de la plage d'observation, à l'amélioration de la qualité des images et à la réduction du poids et de la taille des appareils. Le critère définissant la nouvelle génération est le composant principal de l'appareil - le convertisseur électro-optique, dont l'essence est de rendre l'invisible visible en augmentant la luminosité.
Comment est née l'imagerie thermique
Le début a été donné par la génération dite "zéro" où un convertisseur optique de la société néerlandaise Philips a été utilisé, nommé d'après l'un des développeurs "Holst's glass". La photocathode et le luminophore ont été appliqués à leurs fonds dans deux béchers emboîtés. En créant un champ électrostatique, ils ont réalisé un transfert d'image. En effet, dans cette version, l'équipement fonctionnait uniquement par un éclairage obligatoire de l'objet d'observation avec un projecteur infrarouge. Même si l'appareil était de taille impressionnante, très lourd et d'une qualité d'image médiocre, les Britanniques en ont commencé la production en série pour les besoins de l'armée en 1942. En quatre ans d'utilisation de ce convertisseur, le développement et la production actifs de viseurs nocturnes, de jumelles, et les systèmes pour les réservoirs et autres équipements ont commencé. Dans les années soixante, il y a eu des tentatives pour produire des détecteurs à un seul élément qui balayaient et créaient des images linéaires de ce qui était vu. En raison du coût élevé du projet, cette idée n'a pas été réalisée.
Les appareils à cascade unique de cette génération présentent plus d'inconvénients que d'avantages. Dans la première génération du dispositif électro-optique, une ampoule à vide en verre fragile avec une sensibilité photocathode était utilisée comme élément principal. Cet appareil donnait une image claire au centre et déformait tout sur les bords. Avec une source lumineuse latérale ou frontale, l'instrument est pratiquement devenu "aveugle". La nuit sans éclairage infrarouge supplémentaire, la visibilité était également presque nulle. Dans les années soixante, avec le développement de la technologie de la fibre optique, il est devenu possible d'améliorer les appareils de la première génération en les remplaçant par un plus conditionnel. Le verre plat a été remplacé par une plaque en fibre optique, ce qui a permis de transmettre des images avec une grande clarté, d'obtenir une haute résolution dans tout le cadre et d'éliminer les reflets.
Les années XNUMX sont marquées par le développement de la deuxième génération d'appareils. Des chercheurs américains ont équipé l'appareil d'un amplificateur basé sur une plaque à microcanaux, où les électrons dans une chambre spéciale sont amplifiés plusieurs fois, obtenant une excellente vision. De ce fait, la deuxième génération de dispositif électro-optique est communément appelée dispositif onduleur.
Il n'y a pas de chambre de dispersion dans la deuxième génération suivante, appelée planaire, et l'électron entre directement à travers l'écran du convertisseur électron-optique. L'appareil a perdu la qualité de l'image et, en même temps, le débit de l'image en mode infrarouge a été doublé. Les innovations ont ajouté le contrôle de la luminosité et la protection contre la lumière latérale et frontale. Ces appareils appartenaient à du matériel professionnel.
En 1982 a commencé le compte à rebours de la troisième génération d'appareils électro-optiques, de conception différente. Ils ont utilisé du gallium, qui a multiplié par plusieurs la sensibilité à l'infrarouge. Les appareils de cette génération sont reconnus comme étant de haute technologie et présentent un grand intérêt, en premier lieu, pour le complexe militaro-industriel. En raison de l'absence de plaque à fibre optique, il convient de noter que les appareils de la quatrième génération ne sont pas protégés de l'exposition latérale à la lumière. Et le prix. L'appareil de cette génération a dépassé toutes les tolérances raisonnables pour comprendre la formation des coûts du fabricant.
Probablement pour compenser les inconvénients de l'appareil et réduire le coût, l'appareil de génération SUPER deux plus a été développé. Les développeurs prévoyaient de combiner les avantages technologiques de toutes les générations précédentes du convertisseur électron-optique dans cet équipement. Le résultat était une photocathode très sensible. Comme l'admettent les spécialistes, il n'y a pas de différence entre le Super Two Plus et la troisième génération. Sauf pour le prix. En termes de coût, la Super Two Plus correspond au prix d'une voiture à budget moyen.
Premières candidatures
Au début de 1930, des scientifiques allemands ont activement étudié les effets du rayonnement thermique sur les semi-conducteurs. En conséquence, des récepteurs de rayonnement sensibles ont été développés, qui ont joué un rôle essentiel dans le développement de nombreux systèmes infrarouges, produits jusqu'à quatre mille chaque mois, pour l'industrie militaire. Les plus réussis dans les années 1930 ont été les Américains, qui ont créé des équipements pour conduire des chars la nuit et des viseurs nocturnes pour les navires. En 1941, la marine britannique a commencé à équiper les navires de dispositifs de vision nocturne basés sur des convertisseurs d'images optiques, qui ont aidé les bateaux à retourner à leur port d'attache dans l'obscurité. Avec leur aide, les bateaux revenant après une attaque ont trouvé le navire de base par ses feux de signalisation. Presque au même moment, l'armée allemande était équipée d'équipements infrarouges pour conduire des chars la nuit, des viseurs de fusil de nuit et des systèmes d'identification des aéronefs. Par exemple, la nuit, lorsqu'il utilisait des phares de deux cents watts sur des réservoirs fermés par un filtre infrarouge, le conducteur pouvait voir d'énormes obstacles à près de deux cents mètres et le viseur du fusil fonctionnait efficacement jusqu'à cent mètres. Au début des années soixante, la société suédoise AGA a développé une caméra thermique infrarouge pour l'armée, dont les modèles ultérieurs pour l'imagerie infrarouge ont été pendant de nombreuses années les meilleurs au monde. Lorsque les trois plus grands fabricants d'infrarouges, les sociétés américaines FLIR et Inframetrics et la suédoise AGEMA Infrared Systems, ont fusionné au milieu des années XNUMX, une nouvelle phase de l'imagerie thermique a commencé. Aujourd'hui, FLIR Systems, une société américaine, est le plus grand fabricant mondial de caméras thermiques commerciales pour la recherche scientifique, l'industrie et l'agriculture, l'industrie et l'agriculture, la surveillance des objets aéroportés et la vision nocturne.