|
|
|
|
|
|
||
Приборами ночного видения на основе ЭОП называются оптико-электронные приборы, позволяющие видеть предметы, неразличимые невооруженным глазом. Эти приборы делятся на две группы: приборы активного действия и приборы пассивного действия.
В приборах активного действия для получения изображения используется искусственная подсветка объектов светом ИК-прожектора. В приборах активного действия для наблюдения достаточно подсветки объектов, создаваемой естественным светом звезд и Луны, как в видимой области, так и в ИК-диапазоне. Очевидно, что активные приборы менее чувствительны по сравнению с пассивными.
Достоинства использования ЭОП в приборах ночного видения:
Структурная схема наблюдательного прибора активного действия представлена на рис. 36.
Прибор состоит из сложного объектива 1, ИК-фильтра 2, уменьшающего хроматизм оптической системы и световую нагрузку ЭОП, ЭОП 3, лупы 4, прожектора, состоящего из отражателя 5, источника излучения 6, ИК-светофильтра 7, а также блока питания 8, вырабатывающего необходимые напряжения для работы ЭОП и источника излучения. Оптические оси прожектора и прибора взаимно параллельны.
Активный прибор ночного видения работает следующим образом. Пучок параллельных ИК-лучей от прожектора освещает объект. Отраженный свет попадает в светосильный объектив ПНВ, на фотокатоде образуется ИК-изображение объекта, которое преобразуется и усиливается ЭОП и затем возникает на его экране. В качестве фотокатода используются кислородно-серебряно-цезиевый или мультищелочной катоды, воспринимающие ИК-лучи. Так как в активных приборах в качестве ЭОП применяются однокамерные ЭОП с электростатической фокусировкой, то с учетом оборачивания изображения объективом, сочетание ЭОП-объектив дает прямое изображение. Возможно построение приборов и по перископической схеме наблюдения.
Увеличение наблюдательных ночных приборов обычно не превосходит 8_ , поля зрения у них достигают 15о ([4]*). Питание к ним подается от аккумуляторов или бортовой сети. Дальность действия активных ночных приборов в зависимости от мощности прожектора находится в пределах 0,3-1,5 км. Огни сигнальных ламп, разогретые авиационные двигатели видны на дистанциях 8-10 км ([1]*).
Помимо монокулярных приборов разработаны и бинокулярные ночные устройства. Увеличение ночных биноклей составляет 3-6х .
В приборах пассивного действия (рис. 37) в качестве ЭОП используют многокамерные усилители, чувствительные в видимой и инфракрасной областях спектра. Пригодными фотокатодами являются мультищелочной или сурьмяно-цезиевый, обладающие малыми термошумами. По конструкции пассивный прибор подобен активному. Он имеет корпус, в котором размещены объектив, светофильтр, ЭОП, блок питания и блоки автоматической регулировки режима работы ЭОП.
Для исключения электрического пробоя, ибо напряжение питания многокамерного ЭОП составляет 30-45 кВ, блок питания герметизирован, для чего в местах электрических соединений использованы сальники из полиэтилена, уплотнительная резина. Сам ЭОП амортизирован и установлен в герметичном кожухе. При помощи патрона осушки из внутреннего объема прибора отбирается избыточная влага.
Для достижения оптимальных условий наблюдения в ночных приборах предусматривается автоматическая стабилизация яркости свечения экрана при вариациях ночной освещенности. Стабилизация обеспечивается электронной схемой управления, предусмотренной в ПНВ.
В зарубежной практике в пассивных ночных приборах нашли применение ЭОП модульной конструкции. Диаметр фотокатодов таких модулей составляет 18 мм, их входные окна выполнены из волоконно-оптических элементов.
В последние годы за рубежом улучшение характеристик ПНВ пассивного типа связывается с использованием фотокатодов на основе отрицательного электронного сродства, которые выполняют из полупроводникового материала GaAs в сочетании со стеклянным входным окном и усилителем на микроканальной пластине.
Фотокатод из GaAs , чувствительный до 0,9 мкм, дает трехкратное увеличение чувствительности аппаратуры и создает повышенный контраст изображения. Рост чувствительности объясняется увеличением энергии излучения ночного неба в диапазоне длин волн от 0,8 до 1,0 мкм и улучшенной интегральной характеристикой фотокатода . Усиление контраста изображения связано с увеличением разности между коэффициентами отражения фона и предметов, имеющих искусственное происхождение, в ближней ИК-области спектра. Фотокатод на основе GaAs в сочетании с МКП позволяет осуществлять наблюдение вплоть до условий освещения, создаваемых ночным звездным небом, частично покрытым облаками.
В качестве примера ПНВ рассмотрим пассивные ночные очки типа VNVA -300 на основе GaAs . Система представляет собой две зрительные трубы, каждая из которых содержит объектив с относительным отверстием 1:1,4 и модуль ЭОП. Так как полупроводниковый фотокатод GaAs производится не напылением, а выращиванием полупроводникового слоя методом жидкой эпитаксии, спекаемого со стеклом, то в ЭОП применяется стеклянное окно толщиной порядка 6 мм. Поэтому объектив должен строить изображение на внутренней поверхности входного окна усилителя. Кроме того, конструкция объектива должна компенсировать различия в показателе преломления стеклянного окна в рабочем интервале длин волн. В модуле (рис. 38) использован перекос изображения, что обеспечивает однократное увеличение и низкую дисторсию.
Для снижения продольных габаритов прибора после усилителя поставлен выполненный из стекловолокна инвертор, оборачивающий изображение на 180о . Блок питания и управления выходной яркостью имеет вид тороида. Создаваемое им напряжение составляет 6000 В.
В ночных очках предусматривается перефокусировка на объекты, расположенные в пределах от 25 см до _ .
Поле зрения прибора составляет 40о; разрешающая способность доходит до 30 пар лин/мм; габариты: диаметр - 37 мм, длина по оптической оси - 30 мм; диаметр фотокатода - 18 мм; масса - 0,86 кг.
Дальность действия пассивной аппаратуры зависит от величины естественной ночной освещенности, прозрачности атмосферы, контраста объекта и фона и при благоприятных условиях составляет 800 м ([8]*).
Для повышения помехоустойчивости ночных приборов иногда прибегают к подсветке объектов в режиме стробирования. Благодаря этому устраняется влияние обратного рассеянного излучения аэрозолями и частицами пыли, находящимися в атмосфере.
Сущность метода поясняется рис. 39.
Объект освещается короткими световыми вспышками лазера, длительность которых меньше времени распространения световой волны до объекта и обратно. ЭОП в ночном приборе оборудован быстродействующим электронным затвором. Затвор открывается только в тот момент времени, когда отраженный короткий световой импульс (строб) подойдет к ЭОП. В это время наблюдатель видит изображение объекта и часть пространства в соответствии со световым стробом (импульсом). Глубина просматриваемого пространства зависит от времени открытого состояния затвора и длительности светового импульса. Так при длительности импульса 1 мкс. глубина освещаемого пространства достигает 150 м. В столь малом воздушном слое эффект рассеяния незначителен. Так как прибор закрыт в течение всего времени прохождения световой волны до объекта и обратно, то в него не поступает свет, отраженный атмосферой. Задавая различное время задержки включения затвора ЭОП после посылки светового строба, удается последовательно прозондировать все пространство в пределах дальности действия ПНВ (около 1200 м) ([8]*). Принципиально этим же приемом удается оценить дальность до объекта.