Kính nhìn đêm (night vision goggles) là loại kính giúp cho bạn nhận thấy các vật thể trong đêm tối có rất ít ánh sáng hay tối đen như mực.
Tuy không rõ ràng như ban ngày nhưng kính nhìn đêm vẫn có thể giúp cho binh lính hay người quan sát nhận ra người hay thú vật trong đêm tối. Trong bài này tôi xin nói về kính nhìn đêm.
Vài điều căn bản về ánh sáng
Trước khi nói đến kính nhìn đêm thì cần phải nói qua về ánh sáng. Ánh sáng là một loại bức xạ điện từ (electromagnetic radiation) truyền đi như sóng. Ánh sáng chỉ là một phần nhỏ trong phổ điện từ (electromagnetic spectrum). Phổ điện từ bao gồm sóng ra-đi-ô, sóng siêu âm, tia hồng ngoại (infrared), ánh sáng thường, tia cực tím (ultraviolet), tia X và tia gam-ma.
Tia hồng ngoại còn được chia ra làm ba phần:
-Hồng ngoại gần (near-infrared): phần này gần với ánh sáng thường nhất.
-Hồng ngoại trung (mid-infrared).
-Hồng ngoại nhiệt (thermal-infrared): phần này xa với ánh sáng thường. Một vật thể như cơ thể con người thì không phát ra ánh sáng, tia hồng ngoại gần và tia hồng ngoại trung, mà nó chỉ phản chiếu những tia sáng rọi tới. Nhưng một vật thể có hơi nóng thì tự phát ra tia hồng ngoại nhiệt. Hiện tượng này được dùng trong kính nhìn đêm ảnh nhiệt (thermal imaging night vision).
Ai phát minh ra kính nhìn đêm
Năm 1929, nhà khoa học người Hung Gia Lợi Kalman Tihanyi đã phát minh ra một dụng cụ dùng tia hồng ngoại để nhìn cho súng phòng không của Vương Quốc Liên Hiệp Anh. Trong Thế Chiến Thứ Hai Đức Quốc Xã và Đồng Minh đã đua nhau để làm ra dụng cụ nhìn ban đêm. Những dụng cụ này có thể khuếch đại ánh sáng lên khoảng 1,000 lần nhưng khá thô sơ và cồng kềnh, phải để trên xe vận tải.
Vào những thập niên sau Thế Chiến Thứ Hai quân đội Hoa Kỳ và những quân đội các nước khác tiếp tục nghiên cứu và phát triển kính nhìn đêm. Trong chiến tranh Việt Nam và những trận chiến bên Trung Đông kính nhìn đêm là một thiết bị rất quan trọng và đã giúp cho binh lính rất nhiều.
Có hai loại kính nhìn đêm dùng hai kỹ thuật hoàn toàn khác nhau. Đó là kính nhìn đêm tăng cường ảnh (image enhancement night vision) và kính nhìn đêm ảnh nhiệt.
Kính nhìn đêm tăng cường ảnh
Nói một cách đơn giản loại kính nhìn đêm tăng cường ảnh dùng những kỹ thuật tăng cường ảnh để thu thập ánh sáng dù rất yếu và khuếch đại ra gấp cả mấy ngàn lần để làm cho thấy được những hình ảnh trong bóng tối. Ánh sáng này có thể gồm cả tia hồng ngoại gần. Sau đây là những giai đoạn của kính nhìn đêm tăng cường ảnh:
-Ánh sáng dù rất mờ đi qua một kính phía trước của kính nhìn đêm.
-Ánh sáng chạm vào một mặt gọi là mặt ca-tốt quang (photocathode surface). Mặt này biến ánh sáng thành điện tử.
-Điện tử được phóng đại bằng một thiết bị gọi là bộ nhân quang (photomultiplier) để làm tăng lên số điện tử. Như vậy số điện tử đi ra nhiều gấp cả mấy ngàn lần số điện tử đi vào.
-Điện tử đi ra được chiếu vào một màn phốt pho và tạo ra một hình ảnh trên đó. Vì số điện tử này nhiều hơn số điện tử đi vào nên hình ảnh thấy được sáng hơn hình ảnh đi vào. Xin xem hình minh họa sau đây, cảnh vật được thấy qua một kính nhìn đêm.
Hiện tại những kính nhìn đêm tối tân có thể khuếch đại ánh sáng tới 50,000 lần hay hơn nữa. Kính nhìn đêm loại này là loại thụ động, tức là chỉ tùy thuộc vào ánh sáng bên ngoài.
Có loại kính nhìn đêm tự chiếu ra ánh sáng hồng ngoại gần và thu nhận sự phản chiếu của ánh sáng đó cộng với ánh sáng có sẵn. Loại này được gọi là kính nhìn đêm tích cực. Loại này thấy rõ hơn loại thụ động nhưng khá nguy hiểm ngoài trận tuyến vì nếu địch quân cũng có thiết bị như vậy thì họ sẽ thấy ngay người đang sử dụng kính nhìn đêm. Cái này cũng giống như mình chiếu đèn pha lên để nhìn.
Kính nhìn đêm ảnh nhiệt
Trong một môi trường hoàn toàn tối đen không có một tia sáng nào thì kính nhìn đêm tăng cường ảnh nói trên không có thể dùng được. Trong trường hợp đó các nhà khoa học đã nghĩ ra một kỹ thuật khác để có thể “nhìn” được. Kỹ thuật này gọi là kỹ thuật tạo ảnh nhiệt (thermal imaging) dựa vào một hiện tượng thiên nhiên là những sinh vật, kể cả con người hay tĩnh vật như đá hay xe đều tỏa hơi nóng dưới dạng tia hồng ngoại nhiệt.
Kính nhìn đêm hình ảnh nhiệt ghi nhận hơi nóng phát ra từ những vật thể theo dạng tia hồng ngoại và biến thành hình ảnh để nhìn được. Sau đây là những giai đoạn của kính nhìn đêm hình ảnh nhiệt:
-Một loại kính đặc biệt ghi nhận tia hồng ngoại phát ra từ những vật thể trong tầm nhìn.
-Một bộ phận gọi là bộ dò tìm hồng ngoại (infrared detector) quét qua tia sáng nhận được để lập ra một biểu đồ nhiệt (thermogram) của những vật thể trong tầm nhìn. Một giây có thể quét tới 30 lần.
-Biểu đồ nhiệt được biến thành điện xung (electric impulse).
-Bộ xử lý tín hiệu (signal processing unit) diễn dịch điện xung thành dữ liệu để có thể hiển thị hình ảnh trên màn hình.
Tại sao mọi vật nhìn qua kính nhìn đêm đều có màu xanh lá cây?
Nếu bạn đã dùng kính nhìn đêm hay xem những phim hay video thì thấy mọi vật nhìn qua kính nhìn đêm đều có màu xanh lá cây. Tại sao như vậy?
Khi ánh sáng đi tới kính nhìn đêm thì tuy rất yếu nhưng vẫn còn có màu sắc, khi được biến đổi thành điện tử thì không có cách gì để giữ lại màu sắc. Do đó chỉ còn đen trắng.
Nhưng tại sao không dùng hình ảnh đen trắng? Vì mắt con người nhạy cảm với màu xanh lá cây nên có thể nhìn vào màn hình màu xanh lá cây lâu hơn là nhìn vào màn ảnh đen trắng. Vì vậy mà các nhà sản xuất cố tình làm ra màn hình màu xanh lá cây. Bạn nào lớn tuổi chắc còn nhớ hồi xưa các chữ trên màn hình của máy tính đều có màu xanh lá cây. Đó cũng là vì cùng một lý do: dễ nhìn và không mỏi mắt.
Áp dụng của kính nhìn đêm
Ngoài việc dùng trong quân đội kính nhìn đêm còn được dùng trong nhiều lãnh vực khác. Loại kính nhìn đêm nhiệt có thể dùng để tìm cứu người bị chôn vùi trong đống gạch đổ nát trong những trận động đất.
Nhiều loại thú vật chuyên môn sống về đêm nên rất khó quan sát chúng. Kính nhìn đêm có thể giúp những nhà nghiên cứu quan sát các loại thú vật đó.
Nhiều loại kính nhìn đêm kiểu mới có thể phát hiện ra những sóng điện từ phát ra từ những sinh vật. Cũng giống như nhiệt, sóng điện từ phát sinh ra từ cơ thể của các sinh vật một cách tự nhiên, nên loại kính nhìn đêm này có thể dùng ở những chỗ tối đen như mực.
Vì sự quan trọng của kính nhìn đêm nhất là trong quân sự nên quân đội Hoa Kỳ có cả một cơ quan chuyên nghiên cứu và phát triển các công nghệ liên quan tới kính nhìn đêm. Cơ quan đó gọi là US Army Night Vision and Electronic Sensors Directorate. (Hà Dương Cự)
Nguồn tài liệu: www.technology.org, https://electronics.howstuffworks.com
