Як бачити в темряві
Пристрій приладів нічного бачення
Прилади нічного бачення є в арсеналі не тільки армії, але і мисливців, рибалок, рятувальників, охоронних підрозділів і спецслужб. Також прилади нічного бачення знаходять застосування в сфері вивчення нічного життя природи.
На фото - мисливський приціл Dedal 164 Night Vision з вбудованим пристроєм нічного бачення і активної ІК-підсвічуванням.
Принципи нічного бачення.
У денний час доби навколишні нас предмети ми бачимо у зв'язку з тим, що сонячне світло падає на поверхню предметів і об'єктів, а потім розсіюється і потрапляє на чутливу сітківку ока.
У нічний час природного освітлення немає, і людське око не в силах добре розгледіти навколишні предмети. Незважаючи на відсутність природного освітлення в нічний час присутній слабке фонове інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі менше 1 мкм (мікрометра). Фонове інфрачервоне випромінювання викликане розсіюванням в хмарах і інших неоднородностях атмосфери віддалених джерел випромінювання, таких як зірок, Місяця та ін. Щоб розгледіти навколишню обстановку вночі необхідно прийняти це фонове випромінювання, потім посилити і перетворити на видиме зображення.
Для роботи в шахтах, закритих приміщеннях і тунелях, де природного фонового випромінювання немає, застосовується активна інфрачервоне підсвічування.
Як влаштовані прилади нічного бачення?
В основі будь-якого приладу нічного бачення лежить електронно-оптичний перетворювач (ЕОП).
Електронно-оптичний перетворювач складається з об'єктива, вакуумної трубки, умножителя напруги, джерела живлення і екрану. Більш детально про пристрій ЕОП на конкретному прикладі я розповідав тут.
Об'єктив містить в своєму складі напівпрозорий фотокатод. який вловлює інфрачервоне випромінювання. Під дією ефекту фотоелектронній емісії (зовнішнього фотоефекту) навколо фотокатода з'являється хмара електронів. Щільність електронів в хмарі повністю відповідає розподілу світла і тіні в прийнятому оптичному зображенні.
Для того щоб отримується на екрані зображення було більш чітким, всередині вакуумної трубки розміщена фокусуються система. Ця система сприяє формуванню більш чіткої траєкторії руху електронів, а, отже, і більш точному зображенню на люмінесцентному шарі.
Як влаштований фотокатод?
Зсередини вхідного вікна об'ёктіва завдано прозорий струмопровідний шар - це електрод фотокатода. На цей електрод осаджують активний шар напівпровідникового матеріалу. Напівпровідниковий шар може бути сурьмяно-цезієвим, киснево-срібно-цезієвий або многощелочной (з'єднання сурми з калієм, натрієм і цезієм).
Фотокатод має гарну фотоемісії у видимій та інфрачервоній областях спектру.
Найкращою фотоемісії володіє многощелочной фотокатод. Виготовляють його методом осадження шару сурми з обробкою парами цезію, натрію і калію. Спектральна чутливість такого фотокатода знаходиться в області значень довжини хвилі від 0,3 мкм до 0,9 мкм.
Вимоги до екрану.
Найголовніша характеристика люмінесцентного екрану - це світловіддача і чіткість.
Для отримання високої світловіддачі екран покривають люмінофором з водної суспензії. Поверх люминофорного покриття наносять шар органічного лаку. Потім методом випаровування в вакуумі напилюють алюмінієву плівку. Після цього всю систему нагрівають до 400 0 С, в результаті чого органічний лак згорає.
Товщина алюмінієвої плівки 120 - 200 нм (нанометрів). Служить алюмінієва плівка для того, щоб світіння люмінофора, спрямоване в бік фотокатода (близько 50%) відбилося і випромінювало в сторону окуляра.
Цим досягається висока світловіддача екрану.
Алюмінієва плівка затримує 2-3% швидких електронів при ускоряющем напрузі 15 кВ. Виграш, який виходить при використанні алюмінієвої плівки набагато вище.
У сучасних приладах нічного бачення коефіцієнт посилення світла може досягати величини 100000 при куті зору в 10 - 25 градусів.
Неймовірно високого коефіцієнта посилення світла вдалося отримати із застосуванням мікроканальних пластин. а високу роздільну здатність за допомогою волоконно-оптичних пластин.
Зображення, яке спостерігається в окулярі приладу нічного бачення, як правило, має зеленуватий відтінок.
Існує кілька поколінь ЕОП, що характеризуються різними особливостями, технологічними прийомами і вдосконаленнями.
- покоління # 8544; (Зображення розмите по краях, а до центру має більш високу чіткість);
- покоління # 8545; (Застосовується микроканальная пластина - МКП.);
- покоління # 8546; (Використовується фотокатод на основі арсеніду галію - GaAs);
- покоління # 8547; (Застосовані нові технології, що дозволили збільшити дальність виявлення і роздільну здатність, застосування матриць ПЗС, вбудовування ПЗС-матриць всередину ЕОП, віддалена передача зображення від сенсорного блоку (Об'єктив + ЕОП + ПЗС) на дисплей по провідному або радіоканалу);
- покоління # 8548; (Вбудовування в ЕОП ПЗС, а також процесорів обробки зображення, приймач, схеми управління живленням і т.д).
Крім цього, є прилади покоління # 8544; +. # 8545; +. Так, в приладах покоління # 8544; + на вході або виході ЕОП встановлюється оптоволоконная шайба, за рахунок якої вдається збільшити дозвіл і усунути характерне для ЕОП першого покоління розмиття по краях.
Якщо в екран приладу нічного бачення вбудувати ПЗС матрицю. то стає можливим виведення зображення на окремий монітор. Такі прилади відносяться до ПНВ # 8547; і # 8548; покоління.
Теорія досить нудна. Ось тут можна ознайомитися з пристроєм електронно-оптичного перетворювача на конкретному прикладі.