Image Intensifier Tube MX-9644/UV i 8606

Danas su nabavljene dvije elektronske cijevi specijalno dizajnirane za pojačanje intenziteta dostupne svjetlosti – Image Intensifier Tube ili skraćeno IIT cijev. Mi ovdje imamo primjerak IIT cijevi 1. ili 1+ generacije oznake 8606 iz 1970. godine i primjerak IIT cijevi 2. generacije oznake MX-9644/UV iz 1979. godine.

Pomoću IIT cijevi omogućeno je vizualno promatranje u uvjetima slabog osvjetljenja pa se iste ugrađuju u razne uređaje za noćno gledanje (noćna optika). Također, ove cijevi se mogu koristiti i za pretvaranje oku nevidljivog infracrvenog svjetla u vidljivo svjetlo, te imaju svoju primjenu u medicini, različitoj optičkoj instrumentaciji i u optičkim mjernim uređajima.

Razvoj opto-elektroničkih pojačala svjetla započeo je 1930-tih godina sa infracrvenim pretvaračima svjetla. Takvi pretvarači zapravo i nisu imali veliko pojačanje ali se noću mogla dobiti upotrebljiva slika u vidljivom spektru uz dovoljno jako prirodno ili umjetno oku nevidljivo infracrveno zračenje. Jednako kao sa infracrvenim tako se eksperimentiralo i sa ultraljubičastim pretvaračima svjetla. Ovakva noćna optika se koristila u 2. svjetskom ratu i svrstava se u optiku 0 (nulte) generacije.

Sredinom 1950-tih godina razvili su se novi kemijski procesi i novi materijali za izradu fotokatode te se osim osjetljivosti na infracrveno također moglo pojačati i svjetlo u vidljivom spektru. Takva noćna optika se svrstava u 1. generaciju. U daljnjem razvoju se spajalo više cijevi kaskadno (obično tri) tako da se pojačanje svjetla na svakoj slijedećoj cijevi multipliciralo. Ovakve kaskadne cijevi se negdje svrstavaju u 1+ generaciju.

Za cijevi 2. generacije tijekom kasnih 1960-tih godina razvijeni su deblji slojevi materijala za fotokatodu čime je dobiven bolji spektralni odziv. No najveće poboljšanje postignuto je razvojem multikanalne ploče koja je omogućila stvaranje slike bez izobličenja karakterističnog za prethodne cijevi. Također, cijevi 2. generacije bile su značajno manjih gabarita od cijevi 1. generacije što je omogućilo njihovu široku praktičnu primjenu.

Tijekom 1980-tih godina na tržištu su se pojavile poboljšane IIT cijevi 3. generacije gdje je napredak opet bio najviše u tehnologiji izrade fotokatode i drugih elektroda. Novom fotokatodom uvelike je povećana osjetljivost cijevi. Jednako tako i sve ostale kasnije generacije razvoja IIT cijevi (Super second, 3 Thin Film, Generation 4 i 4G) određena poboljšanja mogu zahvaliti najviše novim tehnologijama i novim materijalima za izradu elektroda, a ne toliko nekoj posve novoj strukturi ili principu rada IIT cijevi.

IIT cijevi su principijelno jednostavne elektronke i sastoje se od tri elektrode. Fotoni svjetlosti padaju na fotokatodu cijevi gdje se pretvaraju u elektrone. Slijedeća elektroda, mikrokanalna ploča je na pozitivnijem potencijalu pa se elektroni kreću prema njoj. Na mikrokanalnoj ploči svaki elektron koji udari u nju uzrokuje oslobađanje više drugih elektrona. Ovdje se dakle elektroni umnožavaju. Posljednja elektroda koja je na najvišem pozitivnom potencijalu privlači te elektrone i oni udaraju na fosforni premaz gdje uzrokuju ponovno stvaranje fotona svjetlosti.

Za pogon IIT cijevi je potreban visok istosmjerni napon reda nekoliko kV. U tu svrhu cijevi obično imaju tvornički ugrađene naponske umnoživače, a s obzirom da troše vrlo malo struje (reda mikro-ampera) to su najčešće Cockcroft-Walton kaskadni umnoživači napona (vidi objavu Ionizator zraka – AETE). Sa takvog umnoživača se može dobiti istovremeno širok spektar izlaznih visokih napona i time adekvatne naponske razine za pojedine elektrode cijevi. Potrebno je dovesti samo ulazni izmjenični ili istosmjerni napon koji je onda višestruko manji od radnog napona cijevi.

Za IIT cijevi se uglavnom nalaze samo opći podaci o optici (promjer ulazne i izlazne elektrode, aktivna površina, svjetlosno pojačanje, osjetljivost, razlučivost, tip fosfornog premaza i slično) no interne elektroničke sheme napajanja su najčešće nedostupne. Ovo i ne čudi jer se čitav ili dobar dio kruga viskonaponskog napajanja tvornički integrira uz samu cijev i sve skupa zalije u izolacijsku masu. Interni krugovi napajanja kao i same cijevi nisu predviđene za rastavljanje i popravke.

IIT cijev 1. generacije oznake 8606

Na slici lijevo je ploča za ulaz svjetlosti (svjetlovod koji vodi do fotokatode), a na slici lijevo je izlazna ploča, odnosno ekran sa fosfornim premazom. Ekran ima iscrtanu neku namjensku končanicu. Po obliku končanica vjerojatno ne pripada nekom ciljniku za oružje već prije nekom mjernom uređaju ili periskopu.  

Američka tvrtka Varo, Inc. danas je u vlasništvu tvrtke Litton Industries, Inc. koja proizvodi optoelektroničke uređaje za noćno gledanje za vojne potrebe.

Kao što se vidi sa sheme IIT cijev 8606 zapravo kombinira tri redno postavljenje IIT cijevi međusobno povezane svjetlovodnim adapterima. Ova cijev se napaja izmjeničnim naponom 2,8 kV (200 µA)  frekvencije 1,2 – 2 kHz. Ugrađen je interni kaskadni umnoživač napona kojim se taj napon podiže do 16 kV.

Pojačala svjetla sa više kaskadno postavljenih IIT cijevi počela su se razvijati u SAD-u tijekom 1950-tih godina iako su prve ovakve eksperimente vršili Nijemci još u 2. svjetskom ratu. Sa više kaskadno postavljenih IIT cijevi 1. generacije mogla se dobiti upotrebljiva slika samo uz slabu svjetlost zvijezda. Međutim, zbog svoje veličine (43×9 cm) ovakva cijev nije bila prikladna za vojnu upotrebu. Tek pojavom svjetlovoda u 1960-tim godinama bilo je moguće spregnuti više manjih pojedinačnih cijevi zajedno, te su mnoge takve cijevi korištene primjerice na vojnom noćnom ciljniku AN/PVS-2.

Kontakti za dovođenje izmjeničnog napona napajanja cijevi 2,8 kV / 200 µA / 1,2 – 2 kHz.

Izvukli smo plastično kućište, no nema se puno što vidjeti. Umnoživači napona (diode i kondenzatori) zaliveni su u crni polukružni blok iz kojeg izlaze žice sa naponskim razinama za elektrode tri IIT cijevi. Također su sve tri IIT cijevi zalivene silikonom i ako se želi vidjeti nešto više od ovoga potrebno mehanički ukloniti svu tu zaštitu.

Oznake na visokonaponskom umnoživaču.

Za pogon IIT cijevi 8606 potreban je mali transformatorski oscilator frekvencije 1,2 – 2 kHz i izlaznog napona 2,8 kV (200 µA) što nije nikakav problem napraviti. Međutim, bez adekvatne ulazne i izlazne optike (objektiv i okular) samo preko gole cijevi nećemo moći dobiti neku upotrebljivu sliku što se tiče fokusa i vidljivog kuta, a također i što se tiče osjetljivosti jer prednji objektiv također ima ulogu i skupljanja što veće količine dostupnog svjetla.

IIT cijev 2. generacije MX-9644/UV

IIT cijev MX-9644/UV je dizajnirana za ugradnju u američki vojni noćni ciljnik za pušku oznake AN/PVS-4. Stoga je predviđena da se napaja preko dvije baterije 1,5 V (radni napon 2,5 – 3 V).

Vojni noćni ciljnik PVS-4  izvorno je dizajniran od strane Optic Electronic Corporation iz Dallasa 1975. godine, a američka vojska ga je koristila u razdoblju od 1978. sve do 2008. godine. Razlog tako duge upotrebe su njegova odlična svojstva čak i prema današnjim standardima. Za PVS-4 su razvijene IIT cijevi 2. i 3. generacije no zahvaljujući odličnim lećama razlike su male te se čiste i jasne slike dobivaju sa obje cijevi.

Spojili smo našu cijev MX-9644/UV prema shemi na napajanje i odmah je proradila.

S obzirom da nemamo ulazne i izlazne leće (objektiv i okular) na ulaz cijevi smo postavili list papira iz bilježnice sa kvadratnim uzorcima. Time sprječavamo ulazak pretjerane količine svjetlosti na fotokatodu, a ujedno možemo provjeriti da li cijev reagira na ulazni intenzitet svjetla (pravokutni raster). U gornjem dijelu se primjećuje neka tamna mrlja, a ta čini se ne dolazi sa vanjskih površina.

Ovakvi IIT ulošci su inače potrošna roba i lako zamjenjivi u uređajima u koji su ugrađeni. Čak se i neke nove generacije IIT cijevi rade istih gabarita kao i prethodne kako bi bile izravno zamjenjive u određenim uređajima.

Na slici lijevo je ploča za ulaz svjetlosti (svjetlovod koji vodi do fotokatode), a na slici lijevo je izlazna ploča, odnosno ekran sa fosfornim premazom.

Jasno se uočava kako se napajanje sastoji od dva dijela, od oscilatora i od kaskadnog umnoživača napona. I ovdje je sve zaliveno u izolacijski silikon pa nećemo nepotrebno uništavati ovu cijev pošto je još uvijek ispravna. Oscilator svakako čini neki sklop sa VN transformatorom gdje se primarni krug napaja preko nekog jednostavnog tranzistorskog oscilatora. Na tom sklopu vidimo četiri trimer potenciometra kojima je vjerojatno moguće podesiti frekvenciju, amplitudu, moguće i Duty-Cycle izlaznog izmjeničnog napona čime se namješta intenzitet, fokus, izobličenje i slične karakteristike slike. Izmjenični napon sa oscilatora dalje se ispravlja i multiplicira preko umnoživača napona, vjerojatno Cockcroft-Walton tipa.

Na ova dva primjera IIT cijevi možemo vidjeti razlike između 1. i 2. generacije takvih cijevi. Općenito gledano, osim očite razlike u dimenzijama, oba ova tipa cijevi izgledaju vrlo slično. Prednja fotokatoda i stražnji fosforni ekran izgledaju praktično jednako na obje cijevi, no najveća razlika je u unutrašnjosti, odnosno u konstrukciji mikrokanalne ploče.

Svaka nova generacija IIT cijevi bi trebala donijeti neka poboljšanja glede kvalitete slike, te glede dimenzija, težine, napajanja, vijeka trajanja i robusnosti cijevi, no to nije baš uvijek ispunjeno u svim segmentima. Neki uređaji sa cijevima 2. generacije i danas su u upotrebi i uspješno konkuriraju uređajima sa cijevima novijih generacija. Trenutno su u širokoj upotrebi noćni uređaji sa cijevima 2. i 3. generacije, dok se novije generacije cijevi koriste za neke specijalne namjene ili su još u razvoju.