Принцип работы прибора ночного видения

ВИДЫ ПНВ ПО ПОКОЛЕНИЯМ

Первое поколение – са- мый распространенный и самый простой тип элек- тронно-оптических преобразователей. Приборы собранные на его основе отличаются низкой стоимостью и невысокими характеристиками, кото- рые, впрочем, позволяют вести наблюдение на дис- танциях до 100 м. Основные характеристики: коэффициент усиления света около 900, разрешение 30-40штр/мм, падает от центра поля зрения к краю в два- три раза, в ре- зультате чего край картинки получается «замыленным».

Применяется в основном в производстве ночных прицелов. Немного превосходит первое поколение по оптическим характеристикам – коэффициент усиления света 1200, разрешение около 45 штр/мм, равномерное по всему полю зрения. Но основным достоинством этого типа ЭОП является устойчивость к отдаче крупнокалиберного стрелкового оружия.

Второе поколение в чистом виде практически не встречается. По характеристикам оно соответствует ЭОП поколения 2+ при этом значительно больше по размерам.

Является уменьшенной версией второго поколения, при этом часто имеющей лучшие характеристики – коэффициент усиления света от 20000 до 50000, разрешение до 75 штр/мм. Выдерживает отдачу любых калибров до .50 BMG включительно.

Третье поколение имеет максимальные показатели по коэффициенту уси- ления света до 100000 и разрешение свыше 64 штр/мм. Применяется в профессиональных ПНВ и дает очень большие возможности пользователю, чего стоит только дальность обнаружения до 1000 м.

Поколение 3+ наиболее совершенный тип ЭОП на сегодняшний день. На Западе его относят к четвертому поколению, в связи с этим часто возникает небольшая путаница. Главное отличие 3+ поколения – наличие более совершенной системы защиты от засветок, поз- воляющей «притушить» определенный участок картинки, сохраняя общую яркость на прежнем уровне.

Дополнительныефункции

Digital Video Цифровые ПНВ, как правило, имеют видеовыход, через который видеосигнал с прибора можно транслировать на какое-либо записывающее устройство или монитор.

Analog Video Некоторые ПНВ основанные на ЭОП могут быть закреплены на объективе видеокамеры, для осуществления ночной съемки. ПНВ 2+ и 3-го поколения позволят получить более высокое качество видео, чем у цифровых ПНВ.

ИК-осветитель

Почти все ПНВ оборудованы инфракрасным осветителем для работы при недостаточной естественной освещенности. Дальность действия осветителя колеблется от 20 до 1000 м в зависимости от типа и мощности излучателя.

Как устроен и работает прибор ночного видения?

Большинство телескопов, очков, биноклей и монокуляров ночного видения являются электрооптическими устройствами, которые улавливают и формируют изображение не только из света видимого диапазона, но и за счёт электромагнитного излучения, лежащего вне зоны чувствительности сетчатки человеческого глаза.

В отличии от обычного оптического бинокля в приборе ночного видения свет от источника изображения не проходит напрямую через оптическую систему. На самом деле вы видите только усиленное электронное изображение на люминофорном экране. Прибор ночного видения улавливает слабый свет с помощью фотокатода линзы объектива. Он представляет собой электрод, который находится в вакууме и на котором поддерживается отрицательный заряд за счёт источника энергии. Под действием фотонов света в процессе фотоэффекта на фотокатоде возникают электроны, которые ускоряются в сторону анода, пролетают через вакуум внутри усилителя, достигают люминофорного экрана и фокусируются на нём, как в обычной электронно-лучевой трубке телевизора. Затем изображение на экране увеличивается с помощью оптической системы, чтобы его можно было рассмотреть в окуляр.

1. электронно-оптический преобразователь;
2. люминофорный экран (как в чёрно-белом телевизоре);
3. линзы объектива;
4. источник инфракрасного излучения.

На примере прибора ночного видения Bushnell покажем как работает ночное видение. Доступный свет собирается линзами объектива (3) и фокусируется на усилителе изображения (1), внутри которого фотоны света с помощью фотокатода «преобразуются» в электроны. Далее электроны разгоняются в электростатическом поле усилителя и попадают на люминофорный экран (2), который и выдаёт изображение. Его и можно увидеть в окуляр. Фактически «усиление» изображения происходит за счёт повышения энергии электронов в электронно-оптическом преобразователе и увеличения его размера на люминофорном экране.

Вы никогда не задумывались, почему прибор ночного видения всегда формирует изображение зелёного цвета? Человеческий глаз так устроен, что он может различать больше всего оттенков зеленого цвета. Теоретически можно создать люминофор любого другого цвета, но лучше всего будет восприниматься именно зелёный цвет.

Прибор ночного видения может «видеть в полной темноте», так как он способен улавливать широкий спектр электромагнитного излучения, начиная от видимого света и заканчивая инфракрасным, тогда как человеческое зрение способно воспринимать только лишь небольшую частью электромагнитного спектра, называемую видимым светом. Некоторые очки, телескопы и бинокли ночного видения оборудуются дополнительным источником инфракрасного излучения, который невидим для человеческого глаза, но хорошо улавливается прибором. В этом случае изображение высокого качества можно получить даже в полной темноте.

Насколько хорошо работает прибор ночного видения? Хороший вопрос. Это преимущественно зависит от качества и поколения используемого вами устройства. Одним из самых дешёвых на рынке является прибор ночного видения ATN Viper Night Vision Goggle, относящийся к первому поколению. Записанное на этот прибор видео можно легко найти в интернете. Причём следует учесть, что видео с прибора ночного видения скорей всего записывалось на обычную бытовую видеокамеру. Таким образом даже самое простое устройство первого поколения способно сформировать отличную картинку.

Конструкция приборов ночного видения

Приборы ночного видения делятся на поколения в зависимости от технологии применяемой в приборе. Существуют следующие поколения ночных прицелов:

1. 1 поколение
2. 1+ поколение
3. 2+ поколение
4. 3 поколение
5. 3+ поколение
6. Цифровое поколение

Выбранный порядок соответствует качеству получаемого изображения. Для того чтобы понять, что отвечает за качество картинки и по какому параметру прибор можно отнести к тому или иному поколению, разберемся из чего состоит ПНВ.

1. Входная линза прибора, через который в прибор поступает свет небольшой порции или отраженный свет от встроенного ИК фонарика (4)
2. Электронно-оптический-преобразователь (ЭОП) главная часть прибора, которая преобразует и усиливает свет
3. Окуляр для наблюдения
4. Блок питания
5. Корпус прибора

ЭОП как определяющая часть прибора ночного видения

Электронно-оптический преобразователь (далее ЭОП) служит для многократного усиления света. Именно ЭОП определяет поколение ПНВ. Как уже упоминалось, все ЭОП можно упрощенно разделить на поколения I,I+,II,II+и III они весьма существенно отличаются друг от друга по своей конструкции, техническим характеристикам и стоимости. Текущие разработки в области ночного видения притормозились из-за большой стоимости производства ЭОПов 2 и 3 поколения, а также удешевлением в производстве конкурирующей технологии тепловизионного видения. Качество изображения в приборе ночного видения зависит от трех ключевых характеристик ЭОПа — коэффициента усиления света, чувствительность фотокатода, разрешение ЭОПа.

Коэффициент усиления света в ЭОПе

Одной из важнейших характеристик ЭОПа, от которой зависит дальность видения ПНВ, является коэффициент усиления по свету. Для ЭОПов 1 и 1+ поколений коэффициент усиления света может быть в пределах от 500 до 1000 крат и зависит от увеличения ЭОП, чувствительности фотокатода и светоотдачи люминофора. По сути это коэффициент показывает во сколько крат ярче будет изображение после прохождения света через ЭОП. Коэффициент усиления по свету тем больше, чем больше чувствительность фотокатода.

Чувствительность фотокатода

Вторая по важности характеристика, от которой зависит усиления света в ЭОПе. За чувствительность ЭОПа отвечает фотокатод

Эта величина рассчитывается как отношение фототока к величине светового потока, вызвавшего его. Фотокатод реагирует на интенсивность светового потока и его частоту, поэтому его чувствительность разделяется на интегральную и спектральную. Интегральная чувствительность (SA) характеризует способность фотокатода реагировать на воздействие всего светового потока, содержащего световые колебания различных частот. Обычно для измерения интегральной чувствительности используется лампа накаливания с цветовой температурой вольфрамовой нити 2800К. Интегральная чувствительность измеряется в А/лм. Спектральная чувствительность фотокатода (Sλ) – отношение величины фототока к монохроматическому лучистому потоку. Это совсем сложная величина ее для покупки прицела ночного видения знать не обязательно. Спектральные характеристики фотокатодов в реальных приборах ограничены коротковолновым пределом оптической прозрачности материала входного окна фотоэмиттера. Красная граница спектральной характеристики фотокатода определяется порогом фотоэффекта материала и зависит от его энергетической структуры и состояния поверхности. Эта граница может немного смещаться в зависимости от деталей технологического процесса изготовления фотокатода или при изменении внешних условий. Чтобы погрузится в эти технологии можно изучить нижеприведенный график для материалов фотоэмиссионного материала и используемого стекла:

Разрешение ЭОПа

Третей, важнейшей характеристикой, влияющей на дальность видения, является разрешение ЭОПа. В зависимости от модификации ЭОП и качества его изготовления разрешение в центре поля зрения, как правило, может быть от 30 штр/мм до 50 штр/мм. Ближе к краю поля зрения разрешение в ЭОП 1-го поколения намного меньше. На краю поля зрения оно может составлять до 5 штр/мм. Кроме того, чем дальше расположено изображение предмета от центра поля зрения, тем больше нарушается его подобие предмету. К примеру, если вы будете рассматривать квадрат через ПНВ, то он будет выглядеть как подушка — растянутый по краям. Это ни в коем случае не дефект оптики прибора, как можно подумать сразу. Оптика здесь ни при чем, искажение дает ЭОП 1 поколения. Зрительно это выглядит так:

Тактико-технические характеристики

Как подключить ПНВ-57Е? Об этом можно узнать в инструкции. Следует лучше рассмотреть все технические характеристики, которые предлагает производитель. Угол поля зрения этого устройство составляет около 35 градусов. Это преимущество довольно серьезное, особенно если сравнивать с монокулярными приборами подобного типа.

К сожалению, не радует то, что оптика имеет небольшое увеличение. Оно не выходит за показатель 1,2 кратности. Окуляры получили диоптрийные настройки, которые могут помочь пользователю настроить резкость картинки. Эта опция подходит для тех, кто жалуется на плохое зрение и не может использовать специальные медицинские линзы. Фокусное расстояние совсем небольшое – 37 мм. Встроено в устройство 9 линз. За счет того что оптические оси имеют плавающее соединение (такая конструкция используется в обычных биноклях), этим прибором может пользоваться каждый человек, вне зависимости от опыта и возраста.

Если говорить о потреблении питания, то большую его часть используют фотоэлементы и люминесцентный экран. Напряжение — до 30 В. Переключение на 24 и 12 В производится автоматически. В максимальной нагрузке мощность прибора не превышает показателя 6 Ватт. Питание ПНВ-57Е осуществляется от батареек.

Как работает

Каждый человек, который планирует приобрести устройство такого типа, хочет понять, как он работает и каковы его принципы. Устройство, описанное в статье, выполнено в виде шлема. Его необходимо надевать на голову. Радиацию прибор ночного видения не излучает, поэтому не стоит опасаться подобных рисков.

Данное устройство работает на оптических законах физики. По факту оно необходимо для того, чтобы во много раз усилить инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Именно это позволяет видеть все, что происходит в ночное время. Специально установленные преобразователи улавливают весь свет, который отражается от объектива, и передают его на фотокатод. Благодаря последнему составляющему картинка переносится на экран люминесцентного типа. Нужно заметить, что фотокатод состоит из качественной матрицы. Это устройство немного похоже на то, которое используется в фотоаппаратах. Экран во много раз увеличивает яркость изображения. Происходит это за счет постоянного движения небольших частиц.

Что понадобится для изготовления ночных очков своими руками?

Для изготовления очков нам понадобятся несколько компонентов: Устройство, улавливающее ИК свет. В этой роли может вступать любая камера, у которой есть режим ночной съемки. Понятно, что камера не должна быть слишком дорогой, иначе использование ее в конструкции будет нерентабельно. Для не хватающего звезд с неба ночного прибора подойдет веб-камера, но ее придется немного доработать. Из неё нужно вытащить инфракрасную линзу – фильтр волн ИК-диапазона. Теперь камерой можно пользоваться в ночном режиме, применяя инфракрасную подсветку. Источник инфракрасных волн. Для этого можно использовать готовый инфракрасный фонарик (наиболее простой, но дорогой вариант). При недостатке бюджета можно взять в качестве ИК подсветки обычный светодиод от телевизионного пульта. Его мощности маловато для построения изображения на больших расстояниях, но для освещения, скажем, лестничной площадки или другого подобного пространства света будет вполне достаточно. Источник питания. Желательно, чтобы он был достаточно не дефицитным и обеспечивал приличную автономность устройства. Хорошо в этой роли смотрятся батарейки или аккумуляторы стандарта АА, ААА. Для более сложных стационарных устройств можно позаботиться и об устройстве, обеспечивающем питание от бытовой электрической сети. Вспомогательные элементы – последняя группа вещей, необходимых для создания самодельных очков ночного видения. Они не участвуют непосредственно в создании изображения, но зато защищают схему от пыли и грязи или повышают комфортность использования. Стоит позаботиться о каком-нибудь пенале в качестве корпуса и кронштейне для крепления на очки или шлем-маску от налобного фонарика. Кронштейн можно сделать, например, из деталей детского металлического конструктора.

Рекомендации охотникам

Как и любой другой оптический прибор военного назначения, ПНВ-57Е, отзывы о котором преимущественно положительны, не создан для охоты или другой подобной деятельности. Именно поэтому увидеть какой-то объект на дальнем расстоянии будет сложно. Проблемы с детализацией сразу дают о себе знать. Причем они имеются также и на близких расстояниях (до 5 метров). Некоторые покупатели предполагают, что избавиться от такой проблемы можно при помощи уменьшения фокуса, однако тогда возникает соответствующий вопрос о том, как оставить на прежнем уровне детализацию на дальних расстояниях. Так решать подобные нюансы не получится, тем более не в условиях охоты.

Есть другой более интересный и действующий способ. Необходимо сдвинуть линзу лишь на одном окуляре, настроив фокус на улучшение изображения на 1-4 метрах. Второй окуляр при этом следует оставить, как есть. При высокой скорости движения по лесу за дичью этот способ поможет лучше ориентироваться и сэкономит время.

Инфракрасная подсветка

Устройство необходимо для наблюдения за объектами при полном отсутствии света. Для ночной охоты бинокль с инфракрасной подсветкой 1 и 2 поколения может не подойти. Многие животные обладают монохромным зрением, которое запросто выявляет инфракрасные лучи.

Подсветки бывают встроенные, но иногда они не входят в комплектацию и их приобретают отдельно. Их важные характеристики:

• мощность излучения;
• длина волны;
• источник питания;
• фокусировка излучателя;
• источник ИК излучения.

Мощность излучения (мВт) показывает яркость подсветки. Чем больше будет этот показатель, тем дальше будут светить инфракрасные лучи. Длина волны характеризует волну инфракрасного спектра, на котором основана подсветка. Она бывает разной и ставится в ПНВ в зависимости от его поколения. Например, для бинокля 1 поколения, необходима инфракрасная подсветка аналогичного поколения.

Бинокль ночного видения и инфракрасная подсветка должны быть в одном ИК диапазоне. Если эти два фактора не сочетаются друг с другом, то об увеличении дальности можно и не мечтать. Волна может иметь длину 780, 805 и 850 мкм (используется для биноклей 1, 1+ и 2 поколений), а также 915 и 940 мкм (для приборов 3 и 3 + поколений).

Питание бинокля осуществляется от батареи. Иногда производители изготавливают подсветки с встроенным блоком питания. Зачастую дополнительный источник спасает ситуацию, продлевая жизнь ПНВ. Слишком яркий ИК-луч может сделать более заметным охотника. С помощью фокусировки излучателя можно настроить дальность и яркость инфракрасной подсветки — так человеку проще подобрать для себя оптимальную дистанцию.

Варианты применения

Современные ПНВ выпускаются в нескольких основных форм-факторах.

Наиболее простым является ночной монокуляр — удерживаемая в руке оператора зрительная труба, обычно невысокой кратности.

Бинокли ночного видения имеют два ЭОП и выводят увеличенное стереоскопическое изображение.

Очки ночного видения — закрепляются на голове, имеют широкое поле зрения и не увеличивают изображение (либо имеют переменное увеличение от 1× до более высокого значения, что позволяет использовать их как бинокль). Очки могут иметь два ЭОП либо быть псевдобинокулярными, когда изображение с одного ЭОП поступает на оба окуляра. Монокуляр кратности 1×, закреплённый на оголовье, может использоваться как дешёвая альтернатива очкам.

Прицелы ночного видения закрепляются на оружии, как правило, увеличивают изображение и имеют прицельную сетку. Существуют также приставки ночного видения к дневным оптическим прицелам. Эти приборы должны выдерживать отдачу оружия, не все прицелы могут применяться на стрелковом оружии высокой мощности.

Альтернативным вариантом прицеливания через ПНВ является использование закреплённого на оружии инфракрасного лазерного целеуказателя, невидимый глазу луч которого наблюдается через очки ночного видения.

Приборы ночного видения также устанавливаются на боевую технику, где они интегрированы в прицельные комплексы.

Энциклопедия для новичка

Очень интересная и познавательная инструкция у прибора ПНВ-57Е: питание внутренних элементов, устройство оптических приборов и принцип действия описываются в руководстве на уровне школьного курса, то есть доступным языком. Начать лучше с обслуживания – любой владелец без труда сможет полностью разобрать прибор, очистить его элементы от пыли, смазать и собрать воедино. Возможно такое благодаря присутствию полной схемы устройства в инструкции и наличию алгоритма сборки-разборки.

Также производитель предположил, что шлем танкиста может понравиться не всем пользователям ПНВ-57Е, поэтому ночной прибор обеспечен универсальным креплением, которое можно приспособить к каске или другому шлему. Естественно, возможность откидывания вверх оптики предусмотрено во всех случаях.

Первое знакомство

Пользователям, которым приходилось сталкиваться с военной продукцией отечественного производства, доподлинно известно, что все приборы поставляются на рынок в защитных металлических ящиках. По всей видимости, это фирменная упаковка от российских промышленников. Да и с транспортировкой никогда не возникнет проблем – прибор надёжно закреплён внутри корпуса, так что никакие удары и падения с высоты ему не страшны.

В ящике присутствуют: ПНВ-57Е, инструкция по безопасности и эксплуатации, летний шлем танкиста, комплект стёкол для светомаскировки фар, переходник для подключения прибора к электропитанию автомобильного транспорта. Кстати, стёкла для светомаскировки есть, причем как для обычных фар, так и для галогенных. Порадует будущего владельца и запасной комплект стёкол, который он найдёт в одном из отделений вместительного металлического ящика.

Что такое прибор ночного видения?

Это устройство, работа которого основана на способности преобразовывать неразличимое инфракрасное излучение в видимое для человеческого глаза. Кроме этого, прибор усиливает низкий уровень яркости на наблюдаемом объекте, который создается свечением ночного неба, Луны или звезд. Используют ПНВ пограничные, таможенные, спасательные службы, спецподразделения ФСБ, МВД и так далее. Такие приборы находят применение в производственном технологическом контроле, при добыче полезных ископаемых, для наблюдений за астрономическими объектами и ночного ориентирования на местности.

Когда изобрели прибор ночного видения?

Разработки этих приборов велись еще до начала Второй мировой войны в разных странах. Первый прибор ночного видения появился в нацистской Германии в 1936 г. Это устройство применялось на противотанковых пушках. К окончанию Великой Отечественной войны прототипы подобных приборов, обеспечивающих ночное видение, появились и на вооружении Красной армии. Поначалу эти устройства использовались на танках, затем на флоте, в авиации, в прицелах к стрелковому оружию.

Специалисты классифицируют приборы ночного видения по типу установленного ЭОП:

1. 0 поколение . Такие прототипы night vision использовались в немецкой армии и устанавливались на противотанковых пушках.
2. 1 поколение . Эти приборы появились во время проведения военных действий во Вьетнаме. Они работали с рассеянным светом, усиливая его в 1000 раз. Позже, благодаря началу развития волоконной оптики, устройство было усовершенствовано.
3. 2 поколение . В 80-х годах прошлого века американские ученые разработали улучшенный прибор с усилителем, имеющим микроканальную пластину. Со временем были разработаны ПВН, отличающиеся высокой частотой фотокатода, благодаря чему улучшилось качество изображения на всем экране.
4. 3 поколение . Такой ЭОП имеет принципиальные отличия в фотокатоде, который сейчас изготавливается из арсенида галлия. Приборы ночного видения такого типа являются новой эволюционной ступенью в развитии ПВН.

Устройство прибора ночного видения

Наблюдательный оптико-электронный прибор ночного видения состоит из таких основных частей:

• объектив;
• приемник излучения;
• усилитель;
• устройство для отображения изображения.

Многие современные приборы используют в качестве усилителя электронно-оптический преобразователь ЭОП, который состоит из объектива, умножителя напряжения, вакуумной трубки с фокусирующей системой, источника питания. На его экране имеется окуляр, через который оператор может рассмотреть изображение. Кроме этого, роль приемника может выполнять ПЗС-матрица и тогда оператор видит картинку на экране монитора. В некоторых ПВН используются инфракрасные преобразователи, в основе которых лежит тепловизор.

Как работает прибор ночного видения?

Принцип работы прибора ночного видения заключается в следующем:

1. Свет, попадая в объектив, фокусируется на стенке преобразователя точно так же, как и в любом фотоаппарате.
2. Преобразователь усиливает полученное изображение, делая его четким и ярким.
3. Пользователь видит в объективе необходимое изображение.

Преобразователь – это трубка с герметично запаянными концами, из которой откачан воздух. На ее передней стенке нанесен полупроводник, а на задней – люминофор. К передней стенке подключается минус, а к задней – плюс. После подачи напряжения слабо различимое изображение попадает на фотокатод, с которого выбиваются электроны и направляются к аноду. При попадании на люминофор, они вызывают его свечение

Здесь совсем неважно, какой электрон попадает на фотокатод: ультрафиолетовый или инфракрасный. Изображение в любом случае будет черно-зеленым