Hace tiempo había preparado un documento sobre nvds y cositas variadas del ramo, pero pasé de hacerlo público por petición popular... Vista la proliferación de interés sobre este tema, me veo en la obligación de publicarlo, seguro que alguno lo encuentra tremendamente interesante/instructivo:
Sistemas de visión nocturna NVD:
Un sistema de visión nocturna es un aparato que incorpora 3 elementos: un ocular, un tubo de intensificación de imagen y un objetivo. La parte óptica del sistema no entraña mayor complejidad que, por ejemplo, un telescopio. El corazón del sistema es el tubo de intensificación de imagen.
Tubos de intensificación de imagen:
Los tubos de intensificación de imagen son tubos de vacío que amplifican una imagen con bajos niveles de luz a niveles observables. La luz incidente se convierte en fotoelectrones a través del fotocátodo del tubo. A continuación, los fotoelectrones altamente intensificados impactan contra la pantalla de fósforo y se crea una imagen brillante que el ojo humano puede ver fácilmente.
Los cinco parámetros más importantes de estos son:
→Radiant sensitivity: corriente inducida en el fotocátodo (mA) entre luz incidente (W) para una determinada longitud de onda.
→Luminous sensitivity (sensibilidad luminosa): corriente inducida en el fotocátodo (mA) entre flujo (lumen) de luz policromática incidente de color 2856K.
→Luminance gain (ganancia luminosa): luminosidad de la imagen de salida entre luminosidad de la imagen de entrada. (cd/lxm2, lm/lm, etc)
→Resolution: en lp/mm.
→SNR (signal to noise ratio): medida del ruido generado en la imagen.
Generaciones de tubos de intensificación de imagen:
No existe un estándar para generaciones de visión nocturna, sin embargo el ejército americano lleva estableciendo el nombre de estas durante los últimos 50 años.
Hay cuatro generaciones de tubos intensificadores: Gen 0, Gen 1, Gen 2 y Gen 3; al menos en lo que concierne a la terminología americana oficial. Cada nueva generación utiliza un tipo diferente de fotocátodo.
Generación 0 (luminous sensitivity 60 μA/lm, luminance gain 150 lm/lm): Desarrollada durante la 2ª Guerra Mundial, con fotocátodos S-1. Estos tienen dos pequeños picos de sensibilidad: el primero en ultravioleta (UV) y el segundo en casi-infrarrojo (NIR sobre 800 nm). Por esto, los tubos de Gen 0 se utilizaron en sistemas de visión nocturna activa, junto con iluminadores IR de alta potencia.
Generación 1 (luminous sensitivity 200 μA/lm, luminance gain 400-800 lm/lm): A partir de 1956 se introdujo el fotocátodo S-20, aumentando ampliamente la ganancia luminosa sobre la Gen 0. Esto permitió emplear algunos NVDs como sistemas pasivos, pero la mayoría de los tubos de Gen 1 todavía se usaron en sistemas activos. La razón es que aproximadamente se precisa una ganancia luminosa de 30000 lm/lm para conseguir ver por la noche con cuarto de luna despejada.
Sus bajos costes de producción permiten que todavía hoy se fabriquen tubos de Gen 1. Si embargo, apenas se emplean en aplicaciones militares debido a la baja ganancia luminosa y la significante distorsión que generan estos tubos.
En los años 50 se llevó a cabo un experimento que consistía en montar 3 tubos de generación 1 en cascada, proporcionando una ganancia luminosa del orden de 30000 lm/lm, y capaz de producir una imagen útil incluso en condiciones de noche estrellada. Los tubos en cascada, pese a ser voluminosos, se emplearon en gran número en la Guerra de Vietnam y parcialmente durante los años 70. Estos tubos presentaban dos problemas: bajo SNR (imagen con mucho ruido) y alto coste de fabricación.
Generación 2 (luminous sensitivity 250 μA/lm, luminance gain 30000 lm/lm): Una auténtica revolución en la tecnología de los tubos intensificadores; hay una gran diferencia entre tubos de Gen 2 y tubos de Gen 1, mientras que la frontera entre Gen 3 y Gen 2 es mucho más borrosa, especialmente entre Gen 2+ y Gen 3. Estos emplean fotocátodos S-25, son infinitamente más compactos y su sensibilidad se ajusta mejor al espectro de la luz nocturna.
La Gen 2+, desarrollada por Photonis (Francia) en 1989, no está formalmente reconocida por las autoridades americanas. Este término se refiere a tecnologías empleadas para mejorar la sensibilidad del fotocátodo S-25. La sensibilidad luminosa aumenta así hasta 700 μA/lm.
Generación 3 (luminous sensitivity 1600 μA/lm, luminance gain 70000 lm/lm): De diseño muy similar a los Gen 2, comenzaron a fabricarse en los 80. Emplean un fotocátodo revestido de GaAs/GaAsP que tiene un problema significante: estos fotocátodos se pueden degradar rápidamente por contaminación iónica positiva, que reduce la sensibilidad del fotocátodo hasta dos veces en un período de 100 horas. Para paliar esto, se desarrollo una película protectora para el fotocátodo que tiene la contrapartida de atrapar aproximadamente la mitad de los electrones emitidos por este. Estos electrones, evidentemente, no serán amplificados. El resultado final del SNR de estos tubos es similar a los de Gen 2+. Esta película además genera una borrosidad significativa cuando es bombardeado por un haz concentrado de electrones, de ahí que el efecto halo de los tubos Gen 3 sea mayor que en los Gen 2+.
En 1998 se desarrollaron los tubos de Gen 3 sin película, que se denominaron Gen 4. Sin embargo, estos demostraron ser demasiado frágiles en condiciones militares reales, por lo que en 2002 se revocó esta decisión, pasando a denominarlos Gen 3 Filmless. Estos tubos se caracterizan por un excelente SNR y permiten crear imágenes claras bajo condiciones de noche sin luna. Su vulnerabilidad a los golpes ha hecho que sus aplicaciones se ciñan a equipos para aviadores o de fuerzas especiales.
Otra mejora sobre los tubos Gen 3 son los Gen 3 Thin Film, a veces llamados Gen 3+. La tecnología no es tan efectiva como la de los Filmless, ya que la película todavía atrapa aproximadamente el 25% de los electrones, pero ofrecen un SNR muy bueno. Estos son los tubos que usa hoy en día el ejército americano.
Gating y Autogating:
Gating es la técnica empleada para encender y apagar el tubo intensificador. Auto-gating aparece en el mercado alrededor del 2006. Los tubos autogated controlan el voltaje aplicado al fotocátodo y MCP para mantener un flujo constante de corriente fluyendo al MCP incluso si el tubo es iluminado fuertemente. El Gating se hace a muy alta frecuencia y no se aprecia en la imagen de salida. En otras palabras, los tubos autogated pueden generar una imagen clara tanto en condiciones de noche oscura como de día.
Rendimiento de los tubos:
Según la denominación americana (ojo, considera a los Gen 1 tipo cascade como Gen 1+):
Propuesta por Photonis, que incorpora FOM (FOM=Resolution*SNR):
Y ahora, un breve resumen sobre láseres aplicados al airsoft.
Clasificación de láseres según UNE EN 60825-1 /A2-2002, complementado con información sobre potencia típica. Se ha señalado su peligrosidad en función del color del título:
Clase 1Productos láser que son seguros en todas las condiciones de utilización razonablemente previsibles, incluyendo el uso de instrumentos ópticos en visión directa. La exposición directa al haz no se traduce en daño ocular. Los productos de este tipo pueden contener una fuente láser de mayor clasificación, pero que están diseñados para que el haz sea inaccesible durante el funcionamiento normal del producto (ej: impresoras láser y reproductores de CD). Por lo general suelen tener una potencia inferior a 1mW.
Clase 1MLáseres que emitiendo en el intervalo de longitudes de onda (lambda) entre 302,5 y 4000 nm son seguros en condiciones de utilización razonablemente previsibles, pero que pueden ser peligrosos si se emplean instrumentos ópticos para visión directa. (Ver 8.2 en la norma). Son productos en los que el haz láser es muy divergente o tiene un diámetro muy grande. Por lo general suelen tener una potencia inferior a 1mW.
Clase 2Láseres que emiten radiación visible en el intervalo de longitudes de onda comprendido entre 400 y 700 nm . La protección ocular se consigue normalmente por las respuestas de aversión, incluido el reflejo parpebral. Esta reacción puede proporcionar la adecuada protección aunque se usen instrumentos ópticos. Una repetida exposición al haz puede no ser segura. Algunos punteros láser y lectores de códigos de barras son de este tipo. Por lo general suelen tener una potencia máxima de 1mW.
Clase 2MLáseres que emiten radiación visible (400 y 700 nm). La protección ocular se consigue normalmente por las respuestas de aversión, incluido el reflejo parpebral, pero la visión del haz puede ser peligrosa si se usan instrumentos ópticos. (Ver 8.2). Son productos en los que el haz láser es muy divergente o tiene un diámetro muy grande. Por lo general suelen tener una potencia máxima de 1mW.
Clase 3RLáseres que emiten entre 302,5 y 106 nm, cuya visión directa del haz es potencialmente peligrosa pero su riesgo es menor que para los láseres de Clase 3B. Necesitan menos requisitos de fabricación y medidas de control del usuario que los aplicables a láseres de Clase 3B. El límite de emisión accesible es menor que 5 veces el LEA de la Clase 2 en el rango 400-700 nm, y menor de 5 veces el LEA de la Clase 1 para otras longitudes de onda. Por lo general suelen tener una potencia máxima de 5mW.
Clase 3BLáseres cuya visión directa del haz es siempre peligrosa (por ej. dentro de la Distancia Nominal de Riesgo Ocular). La visión de reflexiones difusas es normalmente segura (véase también la nota 12.5.2c). Por lo general suelen tener una potencia máxima de 500mW.
Clase 4Láseres que también pueden producir reflexiones difusas peligrosas. Pueden causar daños sobre la piel y pueden también constituir un peligro de incendio. Su utilización precisa extrema precaución. Por lo general suelen tener una potencia superior a 500mW.
En resumen:
Clase 1Seguros en condiciones razonables de utilización.
Clase 1MComo la Clase 1, pero no seguros cuando se miran a través de instrumentos ópticos como lupas o binoculares.
Clase 2Láseres visibles (400 a 700 nm). Los reflejos de aversión (parpadeo) protegen el ojo aunque se utilicen con instrumentos ópticos.
Clase 2MComo la Clase 2, pero no seguros cuando se utilizan instrumentos ópticos.
Clase 3RLáseres cuya visión directa es potencialmente peligrosa pero el riesgo es menor que los 3B y necesitan menos requisitos de fabricación y medidas de control que la Clase 3B.
Clase 3BLa visión directa del haz es siempre peligrosa, mientras que la reflexión difusa es normalmente segura.
Clase 4La exposición directa de ojos y piel siempre es peligrosa y la reflexión difusa normalmente también. Pueden originar
incendios.
Dadas las características del airsoft (uso de elementos ópticos siempre y opcionalmente ópticos de magnificación), únicamente son seguros para su empleo los láseres de Clase 1 y Clase 2. En el caso de dispositivos láser IR, estos deberán ser siempre de Clase 1. En el caso de dispositivos láser de espectro visible, estos deberán ser como mínimo de Clase 2.
Además, respecto a las potencias, marcas y clasificación en punteros láseres “baratos” o de dudosa procedencia (lease asiática también):
7. Laser pointers currently available on the market
PHE staff have examined many laser pointers available to the general public in order to assess their laser Class and have found a significant proportion of these products to be Class 3B lasers. The body’s natural aversion responses are unlikely to provide adequate protection from eye injury for Class 3B laser pointers.
Examples of incorrectly labelled laser pointers have also been found. Some examples are marked Class 2, but are actually Class 3B. A number of eye injuries have occurred from the use of Class 3B and Class 4 laser ‘pointers’.
(
https://www.gov.uk/government/publications/laser-radiation-safety-advice/laser-radiation-safety-advice)
7. Punteros láser disponibles actualmente en el mercado
El personal del PHE ha examinado muchos punteros láser disponibles al público en general para averiguar su Clase y ha encontrado que una proporción significativa de estos productos son láser de Clase 3B. Las respuestas de aversión natural del cuerpo no proporcionan adecuada protección a daño ocular frente a productos láser de Clase 3B.
También se han encontrado punteros láser incorrectamente marcados. Algunos ejemplos están marcados como Clase 2, pero realmente son Clase 3B. Algunos casos de daño ocular se deben al uso de punteros láser de Clase 3B y Clase 4.
(traducido del original)
Y más específicamente, sobre los láseres verdes baratos…:
Abstract:
An inexpensive green laser pointer was found to emit 20 mW of infrared radiation during normal use. This is potentially a serious hazard that would not be noticed by most users of such pointers. We find that this infrared emission derives from the design of the pointer, and describe a simple method of testing for infrared emissions using common household items.
NIST Technical Note 1668 (
http://www.nist.gov/customcf/get_pdf.cfm?pub_id=906138)
Resumen:
Se ha encontrado un puntero láser verde que emite 20 mW de radiación IR durante su uso normal. Esto es un serio peligro potencial que no sería percibido por la mayoría de los usuarios de dichos punteros. Encontramos que esta emisión IR deriva del diseño del puntero, y mostramos un simple método de prueba de emisiones IR mediante el uso de objetos domésticos.
(traducido del original)
Que viene a contarnos que algunos fabricantes de dispositivos láser se ahorran el colocar filtros IR en sus láser verdes, resultando en emisiones IR muy por encima de la potencia que declara el producto.
Bibliografía:
K. CHRZANOWSKI: “Review of night vision technology”. OPTO−ELECTRONICS REVIEW 21(2), 153–181
NTP 654: Láseres: nueva clasificación del riesgo (UNE EN 60825-1 /A2: 2002)
https://www.gov.uk/government/publications/laser-radiation-safety-advice/laser-radiation-safety-adviceNIST Technical Note 1668 (
http://www.nist.gov/customcf/get_pdf.cfm?pub_id=906138)
