Wann und von wem wurde die wärmebildkamera erfunden

August 11, 2022

Die Welt, in der wir leben, ist nicht perfekt. Und ein Mann in dieser Welt versucht ständig, sie zu verbessern und seinen Platz darin zu definieren. Ein Ort, dessen Spitze nur in der virtuellen Welt existiert. Bei der Untersuchung des Problems gingen Wissenschaftler jahrhundertelang zu seiner Lösung und stellten, nachdem sie die Spitze erreicht hatten, fest, dass dies nur ein Zwischenpunkt und kein Sieg ist. Ein Mann ohne Flügel träumte immer davon, wie ein Vogel zu fliegen. Und er flog, nachdem er ein Flugzeug entworfen hatte. Als er in die Luft abhob, war er entsetzt – es war nur der Fuß des Olymp. Schließlich war er vom Flugzeug aus näher dran, von den Sternen zu träumen, und der Ozean aus großer Höhe war riesig und ebenso unerforscht. Dies verstärkte nur den Wunsch, voranzukommen, einschließlich des Wunsches, weiter, klarer und besser zu sehen. Wie eine Katze im Dunkeln sehen und die Wärme eines lebenden warmblütigen Organismus eines anderen nutzen, um eine dritte, praktisch echte „Katzenvision“ zu entdecken. Eine Vision hat sich geöffnet und eröffnet eine Fülle neuer und unerwarteter Lösungen in der Entwicklung fast aller wissenschaftlichen Tätigkeitsfelder. Dies ist nur der Anfang einer langen und endlosen Reise. Der Weg der Erforschung und Umsetzung von Infrarot, im Volksmund Wärmetechnik, begann vor zwei Jahrhunderten. In der Wissenschaft gibt es eine kompliziert-einfache Bezeichnung für abgestrahlte Wärmeenergie, definiert als „Wärmesignatur“. Im Prinzip liegt es daran, dass selbst wenn Eis Wärmeenergie abgibt, wenn sich ein Objekt proportional erwärmt, die Freisetzung von Wärmeenergie in Infrarotwellen zunimmt, was eine Schlange unverkennbar spüren kann. Dies ist das beste Beispiel dafür, wie dieses Tier, das den Temperaturunterschied von Nagetieren erkennt, seine Beute in völliger Dunkelheit erfolgreich angreift. Wie funktioniert es?

Wann und wer hat die Wärmebildtechnik erfunden
Im frühen 19. Jahrhundert entdeckte der Astronom William Herschel bei der Suche nach einer Lösung für das Problem der Verringerung der Helligkeit des Sonnenbildes in Teleskopen die Freisetzung einer großen Wärmemenge bei Verwendung eines Rotfilters. Bei der Messung nahm die Wärme im dunklen Bereich jenseits des roten Endes des Spektrums zu. Als der Punkt des Maximums festgelegt wurde, befand er sich weit jenseits des roten Endes des Spektrums, das heute als "Infrarotwellenbereich" bekannt ist. Diese Entdeckung nannte er das thermometrische Oszilloskop. Weitere Forschungen zeigten, dass es jenseits dieses Spektrums eine unsichtbare Form von Licht gibt, die als „unsichtbare Strahlen“ bezeichnet wird und nur siebzig Jahre später den heute vertrauten Namen „Infrarot“ erhielt. Übrigens gelang ihm auch die erste Aufzeichnung eines Wärmebildes auf Papier, das er Thermograf nannte. Ende des 19. Jahrhunderts erfand der amerikanische Wissenschaftler Langley ein Gerät – ein Bolometer – zur Messung der Wärmestrahlung. Es war der Prototyp des heutigen sehr empfindlichen Thermometers, das Infrarotstrahlung auf Platten fokussierte und mit einem Galvanometer den elektrischen Strom maß. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts, 1934, erfand der ungarische Physiker Tihanyi die für Infrarotstrahlung empfindliche elektronische Fernsehkamera. Dies war der Ausgangspunkt für die aktive Entwicklung der Nachtsicht. Seitdem wurden Nachtsichtgeräte in Generationen aufgeteilt. Die schrittweise Einführung jeder Generation war mit einer Vergrößerung des Beobachtungsbereichs, einer Verbesserung der Bildqualität und einer Verringerung des Gewichts und der Größe der Geräte verbunden. Das Kriterium, das die neue Generation definiert, ist die Hauptkomponente des Geräts - der elektrooptische Konverter, dessen Essenz darin besteht, das Unsichtbare sichtbar zu machen, indem er die Helligkeit erhöht.

Wie die Thermografie geboren wurde
Den Anfang machte die sogenannte „Zero“-Generation, bei der ein optischer Konverter der niederländischen Firma Philips zum Einsatz kam, benannt nach einem der Entwickler „Holst's glass“. Die Fotokathode und der Leuchtstoff wurden auf ihre Böden in zwei ineinander gesteckten Bechern aufgebracht. Durch die Erzeugung eines elektrostatischen Feldes erreichten sie eine Bildübertragung. Tatsächlich funktionierte das Gerät in dieser Version ausschließlich durch die obligatorische Beleuchtung des Beobachtungsobjekts mit einem Infrarotstrahler. Obwohl das Gerät beeindruckend groß, sehr schwer und mit schlechter Bildqualität war, begannen die Briten 1942 mit der Massenproduktion für die Bedürfnisse der Armee. und Systeme für Tanks und andere Ausrüstung begannen. In den sechziger Jahren gab es Versuche, Einzelelementdetektoren herzustellen, die das Gesehene scannen und lineare Bilder erzeugen. Aufgrund der hohen Kosten des Projekts wurde diese Idee nicht realisiert. Einzelkaskadengeräte dieser Generation haben mehr Nachteile als Vorteile. In der ersten Generation des elektrooptischen Geräts wurde als Hauptelement ein zerbrechlicher Vakuumkolben aus Glas mit Photokathodenempfindlichkeit verwendet. Dieses Gerät gab ein klares Bild in der Mitte und verzerrte alles an den Rändern. Bei einer seitlichen oder frontalen hellen Lichtquelle wurde das Instrument praktisch „blind“. Nachts ohne zusätzliche Infrarotbeleuchtung war die Sicht ebenfalls nahezu null. In den sechziger Jahren wurde es mit der Entwicklung der Glasfasertechnologie möglich, die Geräte der ersten Generation zu verbessern und durch ein bedingtes Eins-Plus zu ersetzen. Das Flachglas wurde durch eine faseroptische Platte ersetzt, die es ermöglichte, Bilder mit großer Klarheit zu übertragen, eine hohe Auflösung im gesamten Bild zu erzielen und Blendung zu eliminieren. Die siebziger Jahre waren geprägt von der Entwicklung der zweiten Gerätegeneration. Amerikanische Forscher haben das Gerät mit einem Verstärker ausgestattet, der auf einer Mikrokanalplatte basiert, in der die Elektronen in einer speziellen Kammer um ein Vielfaches verstärkt werden, um eine hervorragende Sicht zu erzielen. Aus diesem Grund wird die zweite Generation der elektrooptischen Vorrichtung üblicherweise als Invertervorrichtung bezeichnet. In der folgenden Generation der zweiten Generation, Planar genannt, gibt es keine Dispersionskammer, und das Elektron tritt direkt durch den elektronenoptischen Konverterschirm ein. Das Gerät verlor an Bildqualität und gleichzeitig wurde die Bildrate im Infrarotmodus verdoppelt. Die Innovationen fügten Helligkeitskontrolle und Schutz vor seitlichem und frontalem Licht hinzu. Diese Geräte gehörten zur professionellen Ausrüstung. 1982 begann der Countdown der dritten Generation elektrooptischer Geräte mit unterschiedlichem Design. Sie verwendeten Gallium, das die Infrarotempfindlichkeit um ein Vielfaches erhöhte. Geräte dieser Generation gelten als Hightech und sind vor allem für den militärisch-industriellen Komplex von großem Interesse. Aufgrund des Fehlens einer Lichtleiterplatte ist zu beachten, dass die Geräte der vierten Generation nicht vor seitlicher Lichteinstrahlung geschützt sind. Und der Preis. Das Gerät in dieser Generation übertraf alle vernünftigen Toleranzen, um die Kostenbildung des Herstellers zu verstehen. Wohl um die Nachteile des Gerätes auszugleichen und die Kosten zu senken, wurde das Gerät der Generation SUPER two-plus entwickelt. Die Entwickler planten, in diesem Gerät die technologischen Vorteile aller bisherigen Generationen des elektronenoptischen Wandlers zu vereinen. Das Ergebnis war eine sehr empfindliche Photokathode. Wie Fachleute zugeben, gibt es keinen Unterschied zwischen dem Super Two Plus und der dritten Generation. Bis auf den Preis. Preislich entspricht der Super Two Plus dem Preis eines durchschnittlichen Budgetautos.

Erste Anwendungen
Anfang 1930 untersuchten deutsche Wissenschaftler aktiv die Auswirkungen von Wärmestrahlung auf Halbleiter. Infolgedessen wurden empfindliche Strahlungsempfänger entwickelt, die eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung zahlreicher Infrarotsysteme für die Militärindustrie spielten, von denen monatlich bis zu viertausend hergestellt wurden.
Am erfolgreichsten in den 1930er Jahren waren die Amerikaner, die Ausrüstung für den Antrieb von Panzern bei Nacht und Nachtsicht für Schiffe entwickelten. 1941 begann die britische Marine, Schiffe mit Nachtsichtgeräten auszustatten, die auf optischen Bildwandlern basierten, die den Booten halfen, im Dunkeln zu ihrer Heimatbasis zurückzukehren. Mit ihrer Hilfe fanden Boote, die nach einem Angriff zurückkehrten, das Basisschiff an seinen Signallichtern. Fast zeitgleich wurde die Bundeswehr mit Infrarotgeräten für den Nachtbetrieb von Panzern, Nachtzielfernrohren und Flugzeugidentifikationssystemen ausgestattet. Wenn zum Beispiel nachts 200-Watt-Scheinwerfer auf mit einem Infrarotfilter verschlossenen Panzern verwendet wurden, konnte der Fahrer enorme Hindernisse in fast zweihundert Metern Entfernung sehen, und das Zielfernrohr funktionierte effektiv bis zu hundert Meter entfernt.
Anfang der sechziger Jahre entwickelte die schwedische Firma AGA eine Infrarot-Wärmebildkamera für das Militär, deren Nachfolgemodelle für Infrarot-Bildgebung viele Jahre lang die besten der Welt waren. Als die drei größten Infrarot-Hersteller, die amerikanischen Firmen FLIR und Inframetrics sowie die schwedische AGEMA Infrared Systems, Mitte der 90er Jahre fusionierten, begann eine neue Phase der Wärmebildtechnik. Heute ist FLIR Systems, ein amerikanisches Unternehmen, der weltweit größte Hersteller von kommerziellen Wärmebildkameras für wissenschaftliche Forschung, Industrie und Landwirtschaft, Industrie und Landwirtschaft, Luftobjektüberwachung und Nachtsicht.