• Приборы ночного видения.

    В образовательных целях и для какого-то возобновления шевеления в группе предлагаю данный материал. Картинки будут в фотографиях, в учебных материалах. У кого есть что сказать по этому поводу, поделиться опытом общения с теми или иными приборами - милости просим ваши коментарии.

    16 комментар.
    • ИСТОРИЯ 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.

      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

      “Стакан Холста”

      Первый работоспособный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) был разработан Холстом с соавторами в исследовательском центре фирмы “Филипс” (Голландия) в 1934 году. Он остался известен как “стакан Холста”. Его схема, иллюстрирующая принцип действия, приведена на рис. 1.

      Этот ЭОП представлял собой два вложенных друг в друга стакана, на плоское дно которых и наносились фотокатод и люминофор. Приложенное к ним высоковольтное напряжение, создавало электростатическое поле, обеспечивающее прямой перенос электронного изображения с фотокатода на экран с люминофором.

      В качестве фоточувствительного слоя в “стакане Холста” использовался серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод (или S-1), имевший довольно низкую чувствительность, хотя и работоспособный в диапазоне до 1,1 мкм. К тому же, этот фотокатод обладал высоким уровнем шумов, для устранения которых требовалось охлаждение до минус 40 оС.

      Эти недостатки позволяли использовать ЭОП только в активном режиме, то есть с подсветкой наблюдаемого изображения инфракрасным (ИК) прожектором.

      Появление первых ЭОП в условиях предвоенной обстановки вызвало значительный интерес. “Стакан Холста” был доработан до уровня серийного производства фирмой EMI (Англия), и с 1942 по 1945 год их было выпущено несколько тысяч штук (рис.2).

      Из-за недостатков первых ЭОП приборы ночного видения (ПНВ) отличались большой массой и габаритами, а также невысоким качеством изображения.

      Те не менее, на основе первых ЭОП было создано большое число приборов ночного видения: ночных прицелов, ночных биноклей, систем ночного вождения автотранспорта. В канун второй мировой войны в Германии появились ночные прицелы (бильдвандлер) (рис.3), которые давали возможность вести стрельбу по цели ночью на расстоянии 50-70 м.

      Весьма успешно Германия применяла ПНВ для обеспечения действий своих танков и боевых машин. В результате Советская армия понесла серьезные потери в боях в районе венгерского озера Балатон. Чтобы уравнять шансы и лишить противника возникшего преимущества, советское командование вынуждено было подсветить зенитными прожекторами поле боя при форсировании реки Одер.

      Именно желание «засветить» ночные прицелы противника, а не пресловутая «психическая» атака была истинной причиной применения зенитных прожекторов в ночном танковом бою.

      Последующее развитие приборов ночного видения привело к открытию “мультищелочного фотокатода” (S-20), состоящего из арсенидов натрия и калия, активированных цезием. Такой фотокатод уже 40 лет служи

    • служит основой большинства ЭОП практически всех типов.

      Сегодня ЭОП нулевого поколения сняты с производства во всем мире и заменены более эффективными, но и более дорогими преобразователями последующих поколений. Только в России и некоторых странах СНГ еще можно купить ПНВ 0-го поколения. Их стоимость обычно составляет $100-200. Слабые характеристики позволяют рассматривать такие приборы только как сувениры или игрушки. Тем не менее, они нашли свою нишу на рынке, определив нижний ценовой диапазон ПНВ.

      I поколение

      Данные ЭОП имеют стеклянную вакуумную колбу с чувствительностью фотокатода 120—250 мкА/лм. Усиление света у них составляет 120—1000, разрешение в центре 25—35 штрих/мм.

      Отличительная особенность данного типа ЭОП состоит в том, что четкое изображение наблюдается только в центре, с искажением и меньшим разрешением по краям. Кроме этого, если в поле зрения попадают яркие источники света, например, фонари, светящиеся окна домов и т.п., происходит засветка всего изображения, что мешает наблюдению.

      Из-за низкого усиления однокаскадные приборы I-го поколения очень критичны к светосиле оптики и параметрам ЭОП. При наличии ¼ луны на небе, эти приборы еще кое-как работают. При более низкой освещенности необходима дополнительная инфракрасная (ИК) подсветка. Для увеличения коэффициента усиления ЭОП иногда последовательно стыкуют два, три или более изделий, собирая конструктивно их в один корпус (рис.4).

    • Коэффициент усиления света трехкаскадного ЭОП составляет 20 000—50 000. Однако при стыковке сильно растут искажения, и падает разрешение по краям поля изображения. Приборы, построенные на основе многокаскадных ЭОП, получаются очень громоздкими и тяжелыми, поэтому в последнее время их практически вытеснили малогабаритные приборы I + и II-го поколения, имеющие лучшие характеристики и близкую стоимость. Приборы, созданные на основе однокаскадного ЭОП I-го поколения, еще можно встретить в магазинах по цене $ 300-400.

      I+ поколение

      Развитие волоконной оптики в США в 60-е годы позволило усовершенствовать ЭОП I-го поколения. В этих приборах на входе (иногда на выходе) вместо плоского стекла стали устанавливать волоконно-оптическую пластину (ВОП), внутренняя сторона которой имела форму сферы. ВОП представляет собой множество микроскопических стеклянных световодов, способных передавать изображение с большой четкостью.

      Это изобретение позволило увеличить разрешение по краям поля зрения и уменьшить дисторсию (искажение формы), а также защитило изображение от засветок боковыми точечными источниками света, что позволило работать этим приборам в городских условиях. При изготовлении этих ЭОП стал использоваться чувствительный фотокатод S-25.

      Коэффициент усиления яркости у таких ЭОП составляет 1000, а разрешение в центре не хуже 45 штрих./мм. Приборы поколения I +, отличаются от приборов первого поколения большей четкостью картинки, и большей дальностью действия в пассивном и активном режиме и работают при уровнях освещенности, соответствующих 1/4 луны на небе. Приборы, созданные на основе ЭОП поколения I +, продаются по ценам $ 600-800.

      II поколение

      В 70-е годы на основе технологии волоконной оптики, фирмами США был разработан вторично-эмиссионный усилитель в виде микроканальной пластины (МКП). МКП представляет собой тонкую пластинку с наклонными микроканалами, число которых более 1млн, а диаметр 10-12 мкм. Обе поверхности МКП полируются и металлизируются, между ними прикладывается напряжение в несколько сотен вольт.

      Принцип действия МКП изображен на рис. 5. Электрон, выбитый с катода ЭОП, разгоняется в разгонной камере, затем попадает в канал МКП и ударяясь о ее наклонную стенку, выбивает вторичные электроны. В приложенном электрическом поле этот процесс многократно повторяется, позволяя получить коэффициент усиления в десятки тысяч раз.

    • Из-за наличия разгонной камеры, ЭОП II-го поколения называется инверторным. Он имеет большой коэффициент усиления яркости, но и большую длину.

      Характеристики: усиление света 25 000—50 000, минимальная чувствительность фотокатода 240 мкА/лм, разрешение в центре поля 32—38 штр/мм. Ресурс 1000—3000 часов. Приборы, созданные на основе ЭОП поколения I +, продаются по ценам $ 1000-1500.

      II+ поколение

      Отличительной особенностью этих приборов, от приборов II-го поколения, является отсутствие разгонной камеры. Поэтому электрон, выбитый с катода ЭОП, попадает непосредственно на МКП, а затем на люминофорный экран.

      Из-за отсутствия разгонной камеры, ЭОП поколения II + имеет меньший коэффициент усиления яркости, чем ЭОП поколения II. Но он обладает повышенной более чем в 2 раза чувствительностью фотокатода и высокой чувствительностью в инфракрасном диапазоне. Кроме того, отсутствие разгонной камеры, позволяет получить более четкую картинку. В результате, приборы поколения II +, работают на открытой местности лучше, чем приборы II поколения.

      Из-за отсутствия разгонной камеры, ЭОП поколения II+ называется планарным (плоским). Приборы поколения II + имеют автоматическую регулировку яркости, защиту от засветок точечными источниками света и хорошее качество изображения по всему полю экрана. Коэффициент усиления яркости у таких ЭОП до 35000, но чувствительность фотокатода достигает величины 600 мкА/лм и смещена в большую ИК-область, разрешение 40—45 штр/мм. Ресурс 2000—5000 часов.

      Эти приборы относятся к классу профессиональной техники и в настоящее время находятся на вооружении армий большинства западных стран, так как работают при очень низких уровнях освещенности, соответствующих звездному небу и звездному небу в легких облаках. Приборы, созданные на основе ЭОП поколения II +, продаются по ценам $ 2200-5000.

    • III поколение

      На выставке вооружений в 1982 году был представлен ЭОП, принципиально отличающийся от своих предшественников высокоэффективным полупроводниковым фотокатодом на основе арсенида галлия, с ещё большим смещением пика чувствительности в инфракрасную область. По совокупности параметров, новый ЭОП на основе AsGa фотокатода был отнесен к следующему, III-му поколению.

      Однако производство оказалось достаточно сложным и состояло из более 400 технологических операций. Из-за быстрого окисления поверхности фотокатода на воздухе, сборка проводилась с помощью манипуляторов, в вакууме, порядка 10-10 – 10-11 мм рт. ст. Все это определило чрезвычайно высокую стоимость этих преобразователей.

      Сегодня чувствительность ЭОП III-го поколения составляет 900—1350 мкА/лм, разрешение 55—64 штр/мм и ресурс до 10 000 часов, что в 3 раза больше, чем у ЭОП II -го поколения.

      Высокая чувствительность ЭОП III-го поколения позволяет приборам на их основе видеть при освещенности 5х10-4 лк, что соответствует звездному небу в облаках.

      ЭОП III-го поколения является ключевой военной технологией. Их применение создает армии и авиации огромное преимущество над потенциальным противником в боевых действиях в ночное время.

      Распространение такой высокотехнологичной продукции контролируется всеми без исключения государствами, которые путем пономерного учета выпускаемых ЭОП, препятствуют попаданию подобных изделий в гражданский оборот.

      Поэтому, если какая-либо отечественная или иностранная фирма, пусть даже за очень большие деньги, предлагает обыкновенному покупателю приобрести ночной прицел, или очки, оснащенные ЭОП III-го поколения и не требует при этом предоставить сертификат конечного пользователя (обязательный при такой процедуре), то покупателю стоит всерьез задуматься над тем, ЭОП какого поколения на самом деле будет установлен в такое изделие, и за что он заплатит свои деньги.

      Необходимо также учитывать, что приборы на основе ЭОП III-го поколения боятся засветки боковыми источниками света, так как не имеют в своей конструкции волоконно-оптической пластины (ВОП). В связи с этим, не рекомендуется приобретать приборы III-го поколения, если угодья, где происходит охота, граничат пусть даже с далекой автомобильной трассой, либо на горизонте есть огни дачного поселка или города.

      Стоимость приборов на основе ЭОП III-го поколения составляет от $ 4000-10000.

    • поколение SUPER II+

      В связи с высокой стоимостью ЭОП III-го поколения, сравнимой с ценой отечественного легкового автомобиля, было принято решение разработать ЭОП, полностью аналогичный конструкции ЭОП III-го поколения, (включая оптические и электрические параметры), но с хорошо освоенным и более дешевым мультищелочным фотокатодом.

      Разработка ЭОП нового поколения проводилась с учетом технологических достижений всех ЭОП предшествующих поколений, в результате чего был создан мультищелочной фотокатод сверхминиатюрной конструкции с особо высокой чувствительностью в инфракрасной области (S-25R). На базе таких фотокатодов был создан ЭОП поколения SUPER II+.

      Созданный мультищелочной фотокатод оказался более стойким соединением по сравнению с AsGa фотокатодами III-го поколения и практически не деградировал под действием положительных ионов, возникающих в каналах микроканальной пластины (МКП) и бомбардирующих фотокатод. Это позволило отказаться от нанесения на вход МКП защитной ионно-барьерной пленки, применяемой в ЭОП III-го поколения.

      В результате, эффективность работы ЭОП повысилась на 30-50 %, а значение фактора шума было снижено до 1,5, в то время как для ЭОП III-го поколения эта величина составляет 3,0-3,5.

      Интегральная чувствительность повысилась до 650 мкА/лм (в стандартных ЭОП поколений II и II + это значение не превышает 280-350 мкА/лм).

      Кроме того, в конструкции ЭОП поколения SUPER II + были применены микроканальные пластины с большим количеством каналов, что повысило разрешающую способность ЭОП до 50-55 штр/мм, при частотно- контрастной характеристике, не уступающей ЭОП III-го поколения.

      Наибольшего успеха в разработке ЭОП поколения SUPER II + достигла компания DEP-photonis (Голландия). Поэтому некоторые достаточно известные, но не очень порядочные производители ПНВ (особенно российские) запросто обманывают своих покупателей, выдавая ЭОПы поколения SUPER II +, производимые этой компанией, за ЭОПы III-го поколения.

      Следует отметить, что компания DEP никогда не производила и не производит ЭОП третьего поколения. Такие названия, как SuperGen, XD-4, XR-5, на самом деле являются торговыми марками модификаций ЭОП поколения SUPER II +. Эти ЭОПы отличаются низкими шумами, высокой разрешающей способностью – до 70 штр/мм (XR-5) и высокой чувствительностью фотокатода – до 600-700 мкА/Лм, что приближает их к ЭОП 3-го поколения.

      Вышеуказанный рост параметров обеспечил приборам с ЭОП поколения SUPER II + практически те же дальности действия, что и с ЭОП III-го поколения (Таблица 1). Таким образом, ЭОП поколения SUPER II + из "временно замещающего" превратился в самостоятельную и более дешевую альтернативу ЭОП III-го поколения.

    • Сегодня производители ЭОП III-го поколения признают, что не существует принципиальных различий в эффективности между ПНВ с ЭОП поколений Super II + и III.

      Несмотря на довольно выдающиеся параметры, приборы, созданные на основе ЭОП поколения SUPER II +, продаются по ценам, всего на 10-15% выше, чем приборы поколения II + .

    • ну ничего себе материала ты выложил... зачитаешься :)

    • +1

    • Вот бы еще инфу про то, где достать. Магазинные версии стоят от 15000... Меня лично устроит и 1го поколения. Или ик-камера...

    • есть yukon`ы относительно недорогие http://yukonoptics.ru/products .php

    • Киевский интернет-магазин SCOUT http://www.scout.biz.ua/websho p/index.html

      Торгуют различной оптикой, среди которой есть и ПНВ.

    • Прицелы ноч.видения компании Phantom-неплохая штука! Единственный минус-это их цена((( От 70000 руб.(((

    • Правда ли, что ПНВ способствуют ухудшению зрения?

    • Кто хочет проектировать пнв и прочее, прошу в Казанский Авиационный Институт, факультет проборостроения, специальность оптико-электронные приборы) к сожалению, не могу сказать есть ли в МАИ такая специальность (Московский Авиационный Институт)