Приборы ночного видения

     Содержание 
 

     Введение…………………………………………………………………….3

     1. История развития приборов ночного  видения………………………...4

     2. Оборудование для ночного видения  и сфера его использования……………………………………………………………………..7

     3. Характеристика электронного оптического  преобразователя………..9

     4. Особенности модернизации приборов  ночного видения……………11

     Заключение………………………………………………………………..21

     Литература………………………………………………………………...22 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение 

     Приборы ночного видения (далее ПНВ) предназначены  для ведения наблюдения за объектами   в условиях малой освещенности.

     ПНВ может иметь однократное увеличение (если требуется правильная ориентация в пространстве) либо может быть использован совместно с линзовым объективом, т.е. служить биноклем (подзорной  трубой). ПНВ так же может быть укомплектован ИК - осветителем (дополнительный источник подсветки).

     Требования  к ПНВ: обеспечение высокого качества изображения с равномерным разрешением  по всему полю зрения, достаточная  яркость изображения, правильное распределение  яркости по области изображения, наличие автоматической регулировки яркости для защиты от сильных засветок, достаточная дальность наблюдения, прочность, защита от грязи и влаги, универсальность питания, удобство и простота эксплуатации прибора 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. История развития приборов ночного видения    

     На  протяжении всей истории своего развития, человек стремился стать совершеннее. Не имея крыльев, он построил крылатые машины, и стал летать как птица. Он изобрел акваланг и научился плавать  и погружаться в пучины океана, как рыба. Извечной мечтой человека оставалось видеть в темноте, как кошка.    

     Но  осуществление этой мечты стало  одной из наиболее трудных задач, так как потребовало серьезной  научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Предпосылкой для создания приборов ночного видения стало открытие в 19 веке инфракрасного (теплового) излучения. Однако, устройство, способное "видеть" предметы не в оптическом (видимом), а в инфракрасном (тепловом) диапазоне спектра было создано лишь в 1934 г. ¹   

     Этот  момент принято считать началом эры ночного видения. Развитие приборов ночного видения можно разбить на ряд этапов, с которыми связано появление их определенных поколений. Каждое последующее поколение отличалось от предыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, снижением массы и габаритов, увеличением времени работы, повышением стойкости к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ.    

     Главным признаком, по которому различаются  поколения приборов ночного видения (ПНВ), является их основной элемент – электронно-оптический преобразователь (ЭОП), предназначенный для преобразования невидимого глазом инфракрасного изображения в видимое и усиления его по яркости.

     0 поколение

     Приборы этого поколения были настолько  неэффективны при низком освещении, что постоянно нуждались в сильном дополнительном ИК освещении. В этом случае в большей степени происходит преобразование (ИК) светом, а не усиление изображения.  У ИК освещения было два больших недостатка: во-первых, это громоздкий источник питания ИК прожектора, во-вторых, сам прожектор был заметен издалека другими пользователями ПНВ.    Достоинство усилителей 0-го поколения – это большая чувствительность в глубокой ИК области. Однако из-за химических свойств покрытий срок жизни был невелик. Тогда еще не было автоматической защиты светочувствительных частей и плюс ко всему оставалось послесвечение от ярких объектов.

     1-е  поколение

     С появлением, так называемых, многощелочных  фотокатодов возросла светочувствительность  ЭОП, так что теперь, в большинстве случаев, дополнительное ИК освещение было не нужно. Такие ЭОП работают в нижнем ИК диапазоне / верхней видимой области. Усиление гораздо больше, чем у 0-го поколения, но все же отстает от современных 2-го и 3-го поколений. Удовлетворительное послесвечение было достигнуто путем увеличения пути ускорения, что в свою очередь увеличило системные искажения и сделало прибор более габаритным. Частично в целях увеличения освещенности были соединены три усилительных трубы (2-3-ступенчатые трубы). Это сделало картинку ярче, но менее четкой и контрастной. Кроме того, при переходе от одной трубы к другой терялось больше (световой) информации и ошибки увеличивались многократно. Срок службы усилительной трубки (около 1000-2000 ч.) вырос по сравнению с 0-м поколением. Улучшения существовали также в отношении короткого послесвечения люминесцентного экрана. Тем не менее все также отсутствовала автоматическая защита ЭОП от ярких вспышек (особенно это сказывалось во время боевых действий).²

     2-е  поколение

     Начиная с середины 60-х годов с появлением МКП произошел переход на более современные ЭОП. Таким образом, принцип работы усилительной трубы на ускорение электронов был дополнен их умножением. МКП состоит из более чем 2 миллионов параллельных и слегка наклоненных относительно оси ЭОП микроканалов. Количество микроканалов на пластине определяет разрешение изображения. Благодаря принципу работы МКП достигается гораздо более сильное усиление картинки, чем это было возможно в предыдущих поколениях. К тому же появилась системная защита от вспышек: МКП имеет естественный потолок эмитированных электронов, так что яркий свет не приведет к сожжению ЭОП. Кроме того размеры и вес приборов стали гораздо меньше благодаря МКП. Срок службы увеличился до 2500-5000 ч., а вместе с проблемой послесвечения устранили и искажения изображения.³

     2+ поколение и супер-поколение

     Это усовершенствованное 2-е поколение  с измененными МКП, фотокатодом  и люминесцентным экраном. Фоновый  шум был сокращен. Новый фотокатод S-25 лучше реагировал на ИК излучение, а измененная фосфорная смесь экрана дала более светлое и контрастное изображение. Для ЭОП 2 супер-поколения при помощи нового фотокатода S-20R чувствительность была расширена на дальний ИК спектр. Улучшение МКП и люминесцентного экрана (P-22) привело к увеличению качества приборов, таким образом супер-поколение стало сравнимо с американским 3-им поколением.

     3-е  поколение

     Термин  «3-е поколение» используется главным  образом американскими производителями  для того, чтобы подчеркнуть специальное  фотокатодное покрытие на основе арсенида галлия.

     Прогресс  этой ступени развития основывается как на дальнейшем улучшении управляющей  электроники, МКП и люминесцентного  экрана, так и на новом покрытии фотокатода. Смесь элементов галлия и мышьяка дала значительное увеличение светочувствительности. Первый GaAs-фотокатод был сделан в конце 80-х годов и нашли свое первое применение в войне в Персидском заливе в 1991г. Количество микроканалов возросло до 6-12 млн. Для увеличения срока службы усилительных труб (около 10000 ч.) использовалось покрытие из оксида алюминия, которое хоть и защищало чувствительные элементы, но в то же время сокращало количество эмитированных электронов. Современные ЭОП 3-его поколения имели преимущество над 2-ым поколением в первую очередь в условиях низкой освещенности.⁴

     4-е  поколение или перспективы развития

     В настоящее время американские войска оснащены т. н. «filmless» или «thin filmed»  трубами, которые очень чувствительны  в глубокой ИК зоне. У этих ЭОП  увеличено время жизни (около 15000 ч.) и, также улучшена защита от яркого света. Но не смотря на то, что достигнута большая производительность, производители не уверены, что эти ЭОП могут быть официально признаны 4-м поколением.

     Последние европейские разработки также показывают на практике неплохие результаты, они без проблем работают днем, а благодаря новым покрытиям фотокатода изображение становится все качественнее. 

     2. Оборудование для ночного видения и сфера его использования 

     Оборудование  для ночного видения делится  на три категории:

     Монокуляр – ручной или устанавливаемый на ствол оружия. Монокуляр, в отличие от очков ночного видения, которые можно одеть на глаза, приходится носить в руках. Он удобен в тех случаях, когда необходимо хорошо разглядеть темный объект в дали, а затем действовать в обычных условиях видимости.

     Очки  ночного видения – их также  можно носить в руках, однако они  рассчитаны на то, чтобы носить их на голове. В отличие от монокуляра очки бинокулярны, т.е. рассчитаны на два  глаза. Очки ночного видения очень  удобны в тех ситуациях, когда приходится ориентироваться в темноте, но в то же время нужны свободные руки, например, для военной операции в темном здании. ⁵

     Камеры  ночного видения – эти камеры «освещают путь» не только их пользователю, но и способны отсылать снятое видео  на монитор или записывать его на пленку. В некоторых современных камерах изначально встраивается система ночного видения.

     Самыми  распространенными сферами применения приборов ночного видения являются:

     - Армия,

     - Войска,

     - Охота,

     - Наблюдение за дикой природой,

     - Безопасность,

     - Навигация,

     - Обнаружение скрытых объектов,

     - Развлечение.

     Основная  задача приборов ночного видения  заключается в том, чтобы обнаружить цель противника в ночное время суток. Поэтому приборы ночного видения  используются преимущественно в военных целях, например, для навигации войск, разведки и наблюдения. В некоторых случаях такую технику использует полиция, например, для наблюдения за подозреваемыми. Охотники и просто любители дикой природы используют приборы ночного видения для ориентации и продвижению по лесу в ночное время.

     Практически незаменимым инструментом приборы  ночного видения считаются для  детективов и частных сыщиков, ведущих  наблюдение за определенными людьми. Многие крупные предприятия устанавливают  специальные камеры ночного видения, ведущие наблюдение ночью.

     Наиболее  распространены приборы теплового  видения, поскольку они фиксируют  любые нарушения, например, прибор теплового  видения может выявить подкоп, который не заметен невооруженным  глазом. Очень часто такую технику  используют правоохранительные органы для нахождения спрятанных улик, например, денег, наркотиков и трупов.  

     3. Характеристика электронного  оптического преобразователя 

     (ЭОП), вакуумный фотоэлектронный прибор  для преобразования невидимого  глазом изображения объекта (в ИК, УФ и рентг. лучах) в видимое либо для усиления яркости видимого изображения. В основе действия ЭОП лежит преобразование оптич. или рентг. изображения в электронное с помощью фотокатода, а затем электронного изображения в световое (видимое), получаемое на катодолюминесцентном экране.

     

     В ЭОП (рис.) изображение объекта А  проецируется с помощью объектива  О на фотокатод Ф (при использовании рентгеновских лучей теневое изображение объекта проецируется на фотокатод непосредственно).

     Излучение от объекта вызывает фотоэлектронную  эмиссию с поверхности фотокатода, причём величина эмиссии с различных участков последнего изменяется в соответствии с распределением яркости спроецированного на него изображения. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем на участке между фотокатодом и экраном, фокусируются электронной линзой (ФЭ — фокусирующий электрод) и бомбардируют экран Э., вызывая его люминесценцию. Интенсивность свечения отдельных точек экрана зависит от плотности потока фотоэлектронов, вследствие чего на экране возникает видимое изображение объекта. Различают ЭОП одно- и многокамерные (каскадные); последние представляют собой последовательное соединение двух или более однокамерных ЭОП.⁶

     Интегральная  чувствительность ЭОП определяется гл. обр. свойствами используемого фотокатода, например у ЭОП с кислородно-серебряно-цезиевым фотокатодом, применяемого в ИК диапазоне, чувствительность достигает 70 мкА/лм, а многокомпонентный фотокатод, используемый в ЭОП для усиления яркости видимого изображения, обладает чувствительностью до 103 мкА/лм. Разрешающая способность ЭОП лежит в пределах 25—60 штрихов на 1 мм. Коэффициент преобразования — отношение излучаемого экраном светового потока к лучистому потоку, падающему от объекта на фотокатод,— у каскадных ЭОП достигает 106 и более.