Меню
Технологии электроники

Как видеть в темноте?

Устройство приборов ночного видения

Ночное видение

Приборы ночного видения имеются в арсенале не только армии, но и охотников, рыболовов, спасателей, охранных подразделений и спецслужб. Также приборы ночного видения находят применение в сфере изучения ночной жизни природы.

На фото – охотничий прицел Dedal 164 Night Vision со встроенным устройством ночного видения и активной ИК-подсветкой.

Охотничий прицел Dedal 164 со встроенным ПНВ

Принципы ночного видения.

В дневное время суток окружающие нас предметы мы видим по причине того, что солнечный свет падает на поверхность предметов и объектов, а затем рассеивается и попадает на чувствительную сетчатку глаза.

В ночное время естественного освещения нет, и человеческий глаз не в силах хорошо разглядеть окружающие предметы. Несмотря на отсутствие естественного освещения в ночное время присутствует слабое фоновое инфракрасное излучение с длиной волны менее 1 мкм (микрометра). Фоновое инфракрасное излучение вызвано рассеянием в облаках и других неоднородностях атмосферы удалённых источников излучения, таких как звёзд, Луны и пр. Чтобы разглядеть окружающую обстановку ночью необходимо принять это фоновое излучение, затем усилить и преобразовать в видимое изображение.

Для работы в шахтах, закрытых помещениях и тоннелях, где естественного фонового излучения нет, применяется активная инфракрасная подсветка.

Как устроены приборы ночного видения?

Очки ночного виденияВ основе любого прибора ночного видения лежит электронно-оптический преобразователь (ЭОП).

Электронно-оптический преобразователь состоит из объектива, вакуумной трубки, умножителя напряжения, источника питания и экрана. Более детально об устройстве ЭОП на конкретном примере я рассказывал здесь.

Объектив содержит в своём составе полупрозрачный фотокатод, который улавливает инфракрасное излучение. Под действием эффекта фотоэлектронной эмиссии (внешнего фотоэффекта) вокруг фотокатода появляется облако электронов. Плотность электронов в облаке полностью соответствует распределению света и тени в принимаемом оптическом изображении.

Устройство прибора ночного видения

Между фотокатодом и экраном приложено постоянное напряжение величиной 10 – 12 кВ (10000 – 12000 Вольт). Это напряжение разгоняет электроны от фотокатода, и они попадают на люминесцентный слой, который нанесён на экран. Люминесцентный слой начинает светиться в видимой для человеческого глаза области излучения.

Для того чтобы получаемое на экране изображение было более чётким, внутри вакуумной трубки размещена фокусирующая система. Эта система способствует формированию более чёткой траектории движения электронов, а, следовательно, и более чёткому изображению на люминесцентном слое.

Вакуумная трубка

Как устроен фотокатод?

Изнутри входного окна объёктива нанесён прозрачный токопроводящий слой – это электрод фотокатода. На этот электрод осаждают активный слой полупроводникового материала. Полупроводниковый слой может быть сурьмяно-цезиевым, кислородо-серебряно-цезиевый или многощелочной (соединение сурьмы с калием, натрием и цезием).

Фотокатод обладает хорошей фотоэмиссией в видимой и инфракрасной областях спектра.

Самой лучшей фотоэмиссией обладает многощелочной фотокатод. Изготавливают его методом осаждения слоя сурьмы с обработкой парами цезия, натрия и калия. Спектральная чувствительность такого фотокатода находится в области значений длины волны от 0,3 мкм до 0,9 мкм.

Требования к экрану.

Самая главная характеристика люминесцентного экрана – это светоотдача и чёткость.

Для получения высокой светоотдачи экран покрывают люминофором из водной суспензии. Поверх люминофорного покрытия наносят слой органического лака. Затем методом испарения в вакууме напыляют алюминиевую плёнку. После этого всю систему нагревают до 4000 С, в результате чего органический лак сгорает.

Толщина алюминиевой плёнки 120 – 200 нм (нанометров). Служит алюминиевая плёнка для того, чтобы свечение люминофора, направленное в сторону фотокатода (около 50%) отразилось и излучало в сторону окуляра.

Люминесцентный слой

Этим достигается высокая светоотдача экрана.

Алюминиевая плёнка задерживает 2-3% быстрых электронов при ускоряющем напряжении 15 кВ. Выигрыш, который получается при использовании алюминиевой плёнки гораздо выше.

В современных приборах ночного видения коэффициент усиления света может достигать величины 100000 при угле зрения в 10 – 25 градусов.

Невероятно высокого коэффициента усиления света удалось получить с применением микроканальных пластин, а высокую разрешающую способность при помощи волоконно-оптических пластин.

Изображение, наблюдаемое в окуляре прибора ночного видения, как правило, имеет зеленоватый оттенок.

Существует несколько поколений ЭОП, характеризующихся различными особенностями, технологическими уловками и усовершенствованиями.

  • Поколение Ⅰ (изображение размыто по краям, а к центру имеет более высокую чёткость);
  • Поколение Ⅱ (применяется микроканальная пластина - МКП.);
  • Поколение Ⅲ (используется фотокатод на основе арсенида галлия - GaAs);
  • Поколение Ⅳ (применены новые технологии, позволившие увеличить дальность обнаружения и разрешающую способность, применение матриц ПЗС, встраивание ПЗС-матриц внутрь ЭОП, удалённая передача изображения от сенсорного блока (Объектив+ЭОП+ПЗС) на дисплей по проводному или радиоканалу);
  • Поколение Ⅴ (встраивание в ЭОП ПЗС, а также процессоров обработки изображения, приёмопередатчика, схемы управления питанием и т.д).

Кроме этого, есть приборы поколения Ⅰ+, Ⅱ+. Так, в приборах поколения Ⅰ+ на входе или выходе ЭОП устанавливается оптоволоконная шайба, за счёт которой удаётся увеличить разрешение и устранить характерное для ЭОП первого поколения размытие по краям.

Прибор ночного видения с ПЗС матрицей

Если в экран прибора ночного видения встроить ПЗС матрицу, то становится возможным вывод изображения на отдельный монитор. Такие приборы относятся к ПНВ Ⅳ и Ⅴ поколения.

Теория довольно скучна. Вот здесь можно ознакомиться с устройством электронно-оптического преобразователя на конкретном примере.

Главная » Технологии » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Copyright © www.Go-Radio.ru