Смотреть что такое "ЭОП" в других словарях. Поколения приборов ночного видения. Все от А до Я Смотреть что такое "ЭОП" в других словарях

Основу электронно-оптической зрительной трубы составляет ЭОП. Электронно-оптическим преобразователем (ЭОП) изображения называется электровакуумное устройство, преобразующее оптическое изображение одного спектрального состава (например, УФ, ИК) в промежуточное электронного изображение, а затем из электронного в видимое.

Электронно-оптические преобразователи (ЭОП) относятся к группе электровакуумных приборов с холодным фотоэлектронным катодом.

Электронно-оптические преобразователи (ЭОП) классифицируются по ряду признаков.

По характеру воздействия на поток излучения от объекта :

Спектральные преобразователи (активные ПНВ);

Усилители яркости (пассивные ПНВ).

По рабочей области спектра:

Для видимой области спектра;

Для ближней инфракрасной области;

Для ближней ультрафиолетовой области;

Преобразователи рентгеновских лучей.

По схеме построения (конструкции):

По числу камер или каскадов усиления;

Принципу фокусировки электронных пучков;

Методу усиления фотокатода.

Принцип действия электронно-оптических преобразователей, несмотря на большое разнообразие схем, и конструкций, основан на физических явлениях, возникающих при работе фотокатодов, систем электронной фокусировки и люминесцирующих экранов.

Простейший ЭОП представляет собой стеклянный цилиндрический сосуд, вакуумированный до давления 10 -3 ПА...10 -4 ПА на одной торцевой стороне которого расположен полупрозрачный фотокатод, а на другой флуоресцирующий экран (рис.6).

Рис. 6. - Схема устройства ЭОП

1 - колба; 2 - фотокатод; 3 - катодное кольцо;

4 – диафрагма; 5 – анодный цилиндр; 6 - экран

Между экраном и фотокатодом создается электростатическое поле с разностью потенциалов между ними в 10...30 кВ.

Высокое ваккумирование обеспечивает практически беспрепятственное движение электронов фотокатода к аноду (экрану).

Фотокатод.

В качестве фотокатодов в ЭОП применяют тонкие полупрозрачные слои полупроводников сложной структуры, обладающие свойством внешнего фотоэффекта при действии светового потока.

Полупрозрачные фотокатоды работают на "просвет" , когда световой поток проходит через стеклянное или кварцевое основание фотокатода и вызывает эмиссию электронов с внутренней поверхности фотокатода, обращенной к экрану (аноду).

Поэтому толщина полупрозрачных фотокатодов мала и составляет несколько сотен молекулярных слоев.

В ЭОП применяются фотокатоды трех типов:

Серебряно - кислородно - цезиевые - для однокамерных ЭОП, которые обычно применяются в активных ПНВ;

Многощелочные фотокатоды, применяемые в первой камере многокамерных ЭОП пассивных ПНВ ;

Сурьмяно - цезиевые фотокатоды, применяемые в последующих каскадах многокамерных ЭОП;

Арсенид галлия.

Экран.

В качестве экрана в ЭОП применяется слой люминофора, нанесенный на заднюю стенку колбы или на закрепленную в ней стеклянную или слюдяную пластинку.

Вещество люминофора состоит из трех компонентов:

Основного вещества (сернистые и селенистые соединения цинка и кадмия);

Активатора, обеспечивающего требуемый спектр и в значительную степень интенсивность свечения (примеси меди, марганца и других металлов);

Плавня, обеспечивающего однородность и прочность люминофора (соли лития, натрия, калия и др.).

Толщина слоя люминофора должна быть такой, чтобы свечение, обусловленное действием электронных лучей, проходило через толщину экрана.

Разрешающая способность экрана зависит, в конечном счете, от его зернистости.

Световой поток, попадая на фотокатод, выбирает электрон, который под действием электростатического поля направляется на экран и приобретает кинетическую энергию

необходимую для пробивания алюминиевой пленки и возбуждения люминофора экрана. В результате возбуждения изучаются фотоны.

Если световым потоком на фотокатоде построено изображение предмета, то очевидно, что поток электронов будет нести информацию об этом изображении.

Бомбардировка электронами экрана вызывает свечение последнего. В результате люминесценции на поверхности экрана возникает светящееся изображение объектов, спроецированных на фотокатоде.

Так как энергия электронов приблизительно пропорциональна ускоряющемуся напряжению, то яркость экрана увеличивается с увеличением этого напряжения. Это дает возможность рассматривать простейший ЭОП как усилитель яркости и создавать многокамерные ЭОП, представляющие собой последовательное соединение однокамерных ЭОП.

Многокамерные преобразователи состоят из двух, трех и более камер, расположенных так, чтобы фотокатод последующей камеры нанесен на одну пластину с экрана предыдущей камеры. В ЭОП, применяемых в ПНВ, все элементы каскадов расположены в одной общей для них стеклянной колбе.

Камеры в многокамерных ЭОП могут соединяться между собой так же с помощью промежуточных линзовых систем или стекловолоконной оптики.

Изображение на экране простейшего ЭОП менее отчетливо и менее контрастно, чем на фотокатоде. Это объясняется тем, что каждая точка изображения на фотокатоде при ее переносе электронами на экран преобразуется в пятно, которое называется кружком рассеяния.

Кружок рассеяния возникает потому, что электроны, вылетающие из фотокатода, имеют различные по величине и направлению векторы линейных скоростей и движущихся по разным траекториям.

Для того, чтобы векторы линейных скоростей были параллельны продольной оси ЭОП, и создается электростатическое поле.

Диаметр кружка рассеяния может быть определен по формуле:

, (3)

где - расстояние между экраном и фотокатодом;

Анодное напряжение;

Наибольшая начальная энергия электрона в электровольтах.

При и величина кружка рассеивания

Диаметром кружка рассеяния определяется разрешающая способность ЭОП, которая оценивается по стандартным мирам.

Диаметр рассеяния уменьшить путем уменьшения L или увеличения U a не представляется возможным из-за уменьшения контраста с увеличением яркости и возможности электрического пробоя ЭОП.

Поэтому для уменьшения кружка рассеяния и улучшения качества изображения на экране применяют специальные фокусирующие системы .

Фокусирующие системы.

Они могут быть трех видов:

Электрические;

Магнитные;

Смешанные.

В общем случае в фокусирующих системах создается электростатическое или магнитное поле, которое изменяет траекторию движения электронов аналогично изменению хода оптических лучей оптическими деталями.

Поэтому устройство, обеспечивающие изменение траектории электронов в фокусирующих системах, называют электростатическими и магнитными электронными линзами.

В последнее время применяется 2 новых типа ЭОП с высоким коэффициентом усиления, которые можно отнести к каскадным и многокамерным:

ЭОП с использованием вторичной эмиссии электронов на "прострел";

ЭОП с высоким коэффициентом усиления основанный на использовании диодной схемы с распределенным эмиттером.

Однокамерные ЭОП с микроканальным усилителем и волоконными шайбами.

1. ЭОП с использованием вторичной эмиссии электронов на "прострел".

Он состоит из входного фотокатода, ряда тонких пленочных диодов и экрана.

Фотоэлектроны, допускаются на наружной слой первого диода и вызывает вторичную эмиссию электронов с противоположной стороны диода с коэффициентом вторичной эмиссии около 6. Даже процесс уменьшения электронов повторяется...

Преимущество - простота изготовления, обусловлена наличием одного фотокатода.

Недостатки:

Большая хроматическая аберрация из-за большей начальной скорости вторичных электронов;

Меньший контраст изображения;

Низкая механическая прочность тонких диодов;

Большой вес и потребляющая мощность системы магнитной фокусировки.

Для устранения данных недостатков разработаны ЭОП с диодами из пленок малой плотности. Пористая структура пленок (эмиттер KC1 на алюминиевой пленке) позволяет извлечь большую часть вторичных электронов.

Электронно-оптический усилитель рентгеновского изображения - это устройство, предназначенное для многократного увеличения яркости изображения на рентгеновском экране путем преобразования светового изображения в электронное и последующего преобразования его в световое. Такое усиление изображения в электронно-оптическом усилителе достигается с помощью электровакуумного прибора, называемого электронно-оптическим преобразователем. Усилитель рентгеновского изображения применяют главным образом при просвечивании, рентгенокинематографии и использовании телевидения в .

Основным преимуществом электронно-оптического усилителя является резкое снижение дозы при диагностических исследованиях, особенно при рентгенокинематографии, а также возможность благодаря резкому увеличению яркости изображения просвечивать в слабо затемненном помещении, пользуясь при этом маломощными (см.).

Электронно-оптический усилитель рентгеновского изображения - устройство для преобразования рентгеновского изображения в оптическое, во много раз превосходящее по яркости изображение на обычном рентгеновском экране. Увеличение яркости изображения достигается путем промежуточного преобразования рентгеновского изображения в электронное и усиления последнего за счет дополнительно подводимой электрической энергии.

Основным усилительным элементом такого устройства является вакуумный прибор, называемый электронно-оптическим преобразователем. Наиболее широкое применение получили усилители с рентгеновскими электронно-оптическими преобразователями (РЭОП). Первичным приемником рентгеновского излучения является в этом случае люминесцентный экран из ZnS - Ag- или ZnS·CdS - Ag-люминофора внутри вакуумной трубки (рис. 1). Экран находится в оптическом контакте с полупрозрачным сурьмяно-цезиевым или мультищелочным фотокатодом. Экрано-катодный узел вместе с конусообразным анодом и подфокусирующим электродом образует трехэлектродную ускоряющую и фокусирующую систему преобразователя. У основания анодного конуса расположен выходной катодолюминесцентный экран. На анод подается высокий положительный потенциал (25 кВ) относительно катода, на фокусирующий электрод - небольшой потенциал (200-300 В).

Рис. 1. Схема устройства рентгеновского электронно-оптического преобразователя фирмы Филипс с рентгеновским экраном, находящимся в оптическом контакте с фотокатодом: 1 - рентгеновская трубка; 2 - объект исследования; 3 - РЭОП; 4 - входной рентгеновский экран; 5 - фотокатод; 6 - подфокусирующий электрод; 7 - колба; 8 - выходной экран; 9 - защитное стекло; 10 - оптическая система; 11 - глаз исследующего; 12 - телевизионная камера; 13 - кинокамера; 14 - широкоформатная кинокамера.

Пучок рентгеновых лучей, попадая на выходной экран, вызывает его свечение (рентгенолюминесценцию). Под действием квантов света фотокатод испускает (эмиттирует) электроны, причем распределение плотности электронов в пучке воспроизводит распределение освещенности, создаваемой экраном на поверхности фотокатода. В результате световое изображение преобразуется в электронное. Поток электронов, устремляясь к аноду, бомбардирует выходной люминесцентный экран, вызывая его свечение. Таким образом, осуществляется обратное преобразование электронного изображения в световое. Увеличение яркости достигается путем ускорения электронов в электростатическом поле и электронно-оптического уменьшения изображения, что приводит к увеличению плотности потока электронов. Изображение на выходном экране наблюдают через оптическую систему, увеличивающую его размеры до нормальных. Его можно также фотографировать на широкоформатную пленку, на кинопленку или передавать на телевизионную трубку.

Современные усилители с РЭОП обладают коэффициентом усиления, равным 3000 или более. Это означает, что яркость свечения их выходного экрана превосходит яркость свечения обычного экрана для рентгеноскопии в 3000 или более раз. Это основное преимущество усилителя, дающее возможность увеличить степень восприятия информации, заложенной в изображении, благодаря повышению остроты зрения и контрастной чувствительности глаза; сократить время исследования; уменьшить вероятность ошибок, связанных с утомлением глаз; устранить необходимость в затемнении и дополнительной адаптации; уменьшить облучение пациента при рентгеноскопии; производить рентгенокиносъемку, а также применять телевизионные установки с использованием видиконов в качестве передающих трубок.

Недостатком усилителя с РЭОП является относительно небольшой размер рабочего поля (технически сложно сделать РЭОП с диаметром выходного экрана более 220-230 мм). Для увеличения рабочего поля используют усилители яркости рентгеновского изображения иной конструкции со световым электронно-оптическим преобразователем (рис. 2). В этом усилителе рентгеноскопический экран находится вне ЭОП, а изображение, получаемое на экране, проектируется на фотокатод преобразователя светосильной зеркально-линзовой оптикой. Недостатками такой системы являются громоздкость и значительные потери света при переносе изображения с экрана на фотокатод.

Рис. 2. Схема устройства усилителя яркости рентгеновского изображения «Цинеликс» с переносом изображения с рентгеновского экрана на фотокатод при помощи зеркально-линзовой оптики: 1 - рентгеновская трубка; 2 - световой электронно-оптический преобразователь; 3 - входная оптика; 4 - выходная оптика; 5 - рентгеноскопический экран.

Электронно-оптические усилители рентгеновского изображения применяют при исследовании пищеварительного тракта и сердечно-сосудистой системы, для рентгеноскопического контроля при введении
зондов, катетеров и радиоактивных препаратов, для быстрого исследования травматических повреждений и во всех случаях, когда применение обычного метода просвечивания сопряжено с опасностью чрезмерного облучения пациентов и персонала.

Телевизионные установки с усилителем позволяют производить одновременное наблюдение группой врачей и осуществлять рентгенологический контроль при операциях непосредственно у операционного стола.

Рентгенокиносъемка при помощи усилителя сочетает в себе одно из важных преимуществ рентгенографии - документальность с возможностью функциональных исследований различных органов. Двухканальная выходная оптическая система позволяет визуально контролировать процесс киносъемки.

При использовании новейших усилителей рентгеновского изображения интегральная доза при рентгеноскопии в ряде случаев уменьшается в 10-15 раз.

Стремление свести к минимуму облучение пациентов и персонала и расширить возможности рентгенодиагностики приводит к ограничению сферы применения обычного рентгенологического исследования с заменой его исследованием при помощи электронно-оптического усилителя рентгеновского изображения. См. также Рентгеновские аппараты, Рентгенодиагностика, Рентгенотехника.

Отдельную группу оптико-электронных систем визуализации инфракрасных изо­бражений составляют приборы ночного видения (ПНВ), в которых в качестве приемни­ка и преобразователя оптического сигнала ближнего ИК-диапазона в видимое изобра­жение используется электронно-оптический преобразователь (ЭОП) - электровакуум­ный прибор, предназначенный для преобразования спектрального состава излучения и (или) усиления яркости изображения. Физические принципы и механизм работы ЭОП неоднократно рассматривались в литературе .

На рис. 8.1 представлена функциональная схема ИКС с ЭОП так называемого нуле­вого поколения, где 1 - объектив, строящий инфракрасное изображение пространства объектов на фотокатоде 2, нанесенном на внутреннюю поверхность ваку у миро ванной стеклянной колбы 3; 4 - система формирования электронного изображения (фокуси­рующая и ускоряющая система); 5 - люминесцентный экран; 6 - окуляр; 7 - глаз или какое-либо устройство для регистрации видимого изображения (телевизионная камера, ПЗС-матрица, фотопленка и т. п.).

Конструкция блока питания ЭОП обычно состоит из двух частей: низковольтного источника («внешнего») и преобразователя низкого напряжения в высокое, необходи­мое для создания большой разности по­тенциалов (до десятков киловольт) между анодом и фотокатодом, а также между электродами фокусирующей и ускоряю­щей системы и фотокатодом («внутрен­ний» источник питания). Потребляемый при этом ток очень мал.

Многие параметры ЭОП и ПНВ опре­деляются через параметры основных узлов

ЭОП: фотокатода, фокусирующей и отклоняющей систем, экрана-анода. На рис. 8.2 приведены спектральные характеристики наиболее употребляемых в ЭОП фотокато­дов. Важными параметрами и характеристиками фотокатодов также являются: инте­гральная и спектральная чувствительности, которые часто в литературе и каталогах приводятся по отношению к световому потоку, (например, в мимроамперах на люмен), и потому для ИК-диапазона спектра они должны быть пересчитаны по известным ме­тодикам (см., например, ) к потоку излучения (например, в мкА/Вт); плотность темпового тока при рабочей темпера­туре фотокатода-, линейность харак­теристики фотокатода (энергетиче­ской); пороговая чувствительность или облученность фотокатода; размер (ра­бочий диаметр) фотокатода и др.

К числу важнейших параметров лю - минесцирующих экранов-анодов совре­менных ЭОП относятся: спектральная характеристика излучения экрана (см., например, рис. 8.3); интегральная яр­кость свечения экрана (максимальная, минимальная, в режиме автоматической регулировки яркости экрана); светоот­дача, т. е. отношение энергии, излучаемой единицей площади экрана, к мощности облу­чающих ее электронов; разрешающая способность или пространственно-частотная характеристика; размер экрана; инерционность или время послесвечения люминофо­ра-, яркость темпового фона, т. е. яркость экрана в отсутствие облучения фотокатода, но при наличии номинального рабочего питающего ЭОП напряжения (напряжения ме­жду экраном-анодом и фотокатодом).

По времени послесвечения экраны иногда делят условно на пять групп: 1) с очень ко­ротким послесвечением (10-5 с), 2) с коротким (10~5... 10~2 с), 3) со средним послесвече­нием (10~2... 10“1 с), 4) с длительным (0,1... 16 с), 5) с очень длительным (более 16 с).

Для визуального наблюдения обычно выбирают люминофоры на базе легирован­ных медью и серебром соединений ZnS и гпБе, гп8 и С(18, создающие желто - зеленое свечение.

Большинство перечисленных параметров и характеристик используется для описа­ния ЭОП в целом или для определения важнейших специфических параметров и харак­теристик ПНВ. К их числу обычно относят:

Коэффициент преобразования потока излучения (т|) - отношение светового пото­ка, излучаемого экраном, к потоку излучения, пришедшему на фотокатод;

Коэффициент яркости ЭОП (гц) - отношение энергетической яркости экрана, оцененной конкретным приемником при заданных условиях облученности фотокатода, к энергетической яркости идеальной диффузно отражающей пластины, оцененной тем же приемником при тех же условиях облучения;

Яркость темнового фона ЭОП - яркость свечения экрана ЭОП при отсутствии об­лучения фотокатода;

Размеры рабочих полей (поверхностей) фотокатода и экрана ЭОП,

Электронно-оптическое увеличение ЭОП (Гэ), равное отношению размера изобра­жения объекта на экране ЭОП к размеру соответствующего ему изображения на фото­катоде;

Динамический диапазон облученности, в котором работает ОЭП;

Увод, поворот и эксцентриситет изображения, характеризующие несовпадение систем координат изображений на фотокатоде и экране ОЭП;

-

Разрешающая способность (предел раз­решения) ЭОП и ПНВ в целом или простран­ственно-частотные характеристики ЭОП и ПНВ;

Напряжение питания и потребляемый ток ЭОП;

Габаритные размеры и масса; -минимальное время наработки;

Тип контактов и ряд других параметров и характеристик конструкции ЭОП и ПНВ.

Преобразователи нулевого поколения ин­верторного типа, т. е. с оборачиванием изо­бражения (в США их также называют ЭОП первого поколения - GEN1), имеют плоские входные и выходные окна вакуумированного корпуса Их коэффициенты преобразования достигают 1000. Основным недостатком этих

ЭОП является неравномерное разрешение по полю изображений, заметно снижающее­ся от центра к краям. Фотокатод сферической формы и объективы, кривизна изображе­ния которых совпадает с кривизной фотокатода, чрезмерно усложняют оптическую систему и поэтому редко используются на практике.

Для улучшения равномерности разрешающей способности более приемлемо разме­щение на входе и (или) на выходе ЭОП волоконно-оптических элементов (ВОЭ) - плосковогнутых волоконно-оптических пластин. Такие приборы называют ЭОП перво­го поколения (в США - ОЕМ1+). Однако при этом ЭОП становится заметно дороже, так как 30% его стоимости и более приходится на ВОЭ. Кроме того, применение ВОЭ ве­дет к дополнительным оптическим потерям. Поэтому для улучшения качества изобра­жения в ЭОП инверторного типа с плоскими фотокатодами предлагается ряд решений , из которых наиболее известна магнитная система фокусировки - весьма гро­моздкая и требующая сравнительно мощных источников питания.

Другим решением проблемы является установка мелкоструктурной сетки в отвер­стии диафрагмы, размещаемой перед анодом ЭОП. Такая система фокусировки позво­ляет уменьшить длину ЭОП при неизменном диаметре фотокатода и улучшить качест­во изображения по полю. Примером эффективности этого конструктивного решения явилась разработка малогабаритного ЭОП О-Бирег с рабочим диаметром фотокатода 14 мм при общем диаметре ЭОП 30 мм и длине 24 мм . Разрешение ЭОП в центре поля составило 40...45, а на диаметре 12 мм - 15...20 линий на миллиметр. Чувстви­тельность фотокатода с фильтром К-17 >160 мкА/лм, коэффициент усиления яркости > 500, яркость темнового фона < 2-10-3 кд/м2.

Для увеличения коэффициента преобразования ЭОП составляют из нескольких кас­кадов (модулей). В качестве примера на рис. 8.4 показано устройство трехкаскадного ЭОП первого поколения. Входное ИК- изображение строится объективом на передней поверхности ВОЭ - 1 и переда­ется на фотокатод 2 первого каскада I.

Электронно-оптическая система 3 ускоря­ет и фокусирует испускаемые за счет фо­тоэмиссии электроны на люминесцентном экране 4. Полученное таким образом в каскаде I изображение передается через однотипные каскады II и III с большим усилением по яркости на выходной экран 5 (экран каскада III) и выходной ВОЭ оптические ускоряющие системы и экраны-аноды, увеличиваются от каскада к каскаду, достигая нескольких десятков киловольт.

Для изменения масштаба изображения в ЭОП могут использоваться ВОЭ с кониче­скими волокнами, позволяющими изменять соотношение между диаметрами фотокато­да и экрана-анода.

В ЭОП следующего, второго, поколения для увеличения коэффи­циентов преобразования и яркости применяется микроканальный уси­литель вторичной эмиссии - микро- канальная пластина (МКП), пока­занная на рис. 8.5,а. Диаметры ка­налов современных МКП Лк со­ставляют 5...6 мкм при периодах размещения отдельных элементов 1)И 6,5...7,5 мкм. Поскольку исполь­зование МКП исключает дисторсию изображения, что очень важно, раз­решение современных ЭОП с МПК достигает 64 лин/мм и более.

Нужно отметить, что возникно­вение «обратного» потока положи­тельных ионов, бомбардирующих фотокатод (рис. 8.5,6), существенно укорачивает срок службы ЭОП. Для ослабления этого потока использу­ются ионно-барьерные пленки, пре­пятствующие приходу ионов на фо­токатод. Однако такие пленки од­новременно ослабляют и поток эмитгируемых фотокатодом элек­тронов, что существенно уменьшает коэффициенты преобразования и яркости ЭОП.

Чтобы эмиттируемые электроны не пролетали сквозь капилляры МКП без соударения со стенками, на которые нанесен фотоэмиссион - ный слой, оптические оси капилля­

Ров располагают под некоторым углом а относительно нормали к торцевой поверхно­сти МКП (рис. 8.5,в).

Коэффициент усиления, характеризующий МКП, зависит от диаметра капилляров £)к и угла а, а также от отношения длины (толщины) МКП £мкп к ее диаметру £)мкп. При уве­личении отношения ^мкп/Лмкп приходится несколько увеличивать питающее МКП напря­жение, однако это окупается значительным ростом коэффициента усиления (табл. 8.1).

Структура ЭОП с МКП показана на рис. 8.6. Расстояния между фотокатодом и МКП и между МКП и экраном должны выбираться как можно меньшими, так как это увели-

Чивает разрешающую способность ЭОП. Благодаря применению МКП удалось сущест­венно уменьшить продольные размеры ЭОП и использовать их в нашлемных ПНВ, оч­ках и биноклях ночного видения (см. гл. 14).

Поскольку при большой облученности фотокатоды ЭОП могут разрушаться, мно­гие ПНВ с ЭОП оснащаются системой автоматической регулировки яркости (АРЯ) и системой защиты от ярких источников облучения. Система АРЯ управляет напряже­нием, питающим МКП, а система защиты от ярких источников, использующая регу­лируемые диафрагмы и заслонки (обтюраторы), может даже отключать источник пи­тания ЭОП.

Преобразователи второго поколения выполнялись и выполняются, в основном, в виде однокамерных устройств с ВОЭ на входном окне и с ВОЭ в качестве выход­ного окна, с МКП, а также со вторичным (высоковольтным) источником питания, конструктивно объединенным с вакууми - рованной колбой ЭОП.

В ЭОП второго поколения (ЭОП II или GEN II) используются мультшцелоч - ные фотокатоды, чувствительные в ближнем ИК-диапазоне (С25 и C25R), по­зволяющие обнаруживать лазерное излу­чение (лазерную подсветку) на длине волны X = 1,06 мкм.

В качестве примера в табл. 8.2 приве­дены параметры некоторых МКП для ЭОП II, предназначенных как для преоб­разования изображений, так и для обна­ружения подсветки ПНВ противником.

Разработка новых фотокатодов, в частности на базе GaAs, квантовая эффективность которых достигает 30%, позволила создать ЭОП без электростатической фокусирую­щей системы, т. е. работающие по схеме прямого переноса фотоэлектронов и усиления в МКП (ЭОП П+ и третьего поколений). Для инвертирования изображения на выходе таких ЭОП применяют специальные волоконно-оптические оборачивающие элементы

- «твистеры». В таких бипланарных конструкциях (ЭОП III или GEN III) (рис. 8.7), ис­пользуют плоскопараллельный волоконно-оптический элемент ВОЭ 1, плосковогнутый волоконно-оптический элемент ВОЭ 2, а также плоскопараллельный оборачивающий изображение ВОЭ 3 и микроканапьную пластину МКП.

Технология изготовления ЭОП III, в частности, обеспечивающая строгую парал­лельность фотокатода, торцев МКП и экрана-анода, а также ультравысокий вакуум при сборке этих пребразователей (до 1(Г10 Topp), весьма сложна. Поэтому преобразователи третьего поколения в несколько раз дороже ЭОП II, однако срок службы их гораздо

Дальность действия ряда ПНВ с ЭОП III, работающих в условиях облученности звездным небом, за­тянутым облаками, возросла более чем в два раза по сравнению с ПНВ на базе ЭОП П .

Совершенствование конструк­ций ЭОП позволило заметно уве­личить их интегральную чувстви - Рис. 8.7. Схемы ЭОП бипланарных конструкций тельность (до 1800...2500 мкА/лм

Для ЭОП III), отношение сигнал-шум (до 20 крат) и разрешение (до 60 и более пар линий на 1 мм).

За рубежом основными поставщиками ЭОП II и III являются американские фирмы «ITT Night Vision» и «Litton Electrooptical Systems Division». Параметры ряда отечест­венных ЭОП второго и третьего поколений приведены в табл. 8.3.

Преобразователи бипланарной конструкции, работающие по схеме прямого перено­са с микроканальным беспленочным усилителем и имеющие встроенный источник пи­тания, функционирующий в режиме стробирования, принято называть ЭОП четвертого поколения (ЭОП IV, GEN IV). Такие ЭОП имеют разрешающую способность не менее 64 пар линий на 1 мм и интегральную чувствительность не менее 2500 мкА/лм.

Перед разработчиками ЭОП стоит важная задача - достичь длинноволновой границы спектральной чувст­вительности фотокатода порядка 1,8 мкм, поскольку это позволит обнаруживать лазерную подсветку на длинах волн 1,06 и 1,54 мкм, создавать активно­импульсные ПНВ, например дальномеры-локаторы и целеук^затели.

В последние годы появились сведения о разработках фотокатодов из GaAs, легированного In, у которых длинноволновая граница чувствительности достигает

1.6.. . 1,7 мкм . Это позволяет ПНВ работать при бо­лее высокой естественной ночной облученности, кото­рая в диапазоне 1,4... 1,8 мкм в безлунную ночь на два порядка выше, чем в диапазоне 0,4...0,9 мкм. Кроме того, при переходе к диапазону

1.4.. . 1,8 мкм уменьшается влияние атмосферного рассеяния (см. гл. 3), а контрасты многих объектов на естественных фонах выше и более стабильны, чем в диапазоне 0,4...0,9 мкм, где работает большинство современных ЭОП.

Разработки в области создания сверхтонких пленок из GaAs и других материалов позволяют по-новому оценить перспективность ЭОП с работающими на прострел эмиттерами, использование которых наиболее оптимально при их толщинах 1.. .3 мкм и диаметрах 8... 10 мм. В таком ЭОП (рис. 8.8), созданном в ОАО «НИИ электронных приборов», устраняется ослабление потока оборачивающим ВОЭ и существенно уменьшаются шумы при усилении электронного потока. Разрешение определяется раз­мерами и шагом ячеек анодной сетки и может достигать 60...70 штр./мм. Поскольку в ЭОП отсутствует МКП, то вполне достижимы уровни чувствительности 2500 мкА/лм и выше при большой долговечности .

Интересны сообщения о разработках новых ЭОП - пироэлектрического (или пиро - эмиссионного) типа . На рис. 8.9 показано устройство одного из важнейших эле­ментов таких ЭОП - тонкопленочной пироэлектрической мишени, представляющей со­бой управляемую матрицу на базе органического пироэлектрика. Здесь 1 - тонкий про­водящий электрод, 2 - пленка пироэлектрика, 3 - фотоэмиссионная проводящая сетка, 4 - кольцевой электрод. Мишень имеет на порядок более высокую виброустойчивость,

Параметры отечественных ЭОП

Чем мишени из кристаллических пироэлектриков на триглицинсульфате, и работает в большом диапазоне температур (-60...+50°С).

Преобразователь работает следующим образом (рис. 8.10). Объектив 1 через вход­ное окно 2 строит изображение пространства объектов на передней поверхности пиро­электрической мишени 3, задняя поверхность которой с нанесенной на нее фотоэмис - сионной сеткой равномерно облучается осветителем 4. За счет пироэлектрического эф­фекта различно нагретые изображением участки мишени приобретают различный по­ложительный заряд. Прикладывая отрицательное импульсное напряжение к тонкому

Проводящему электроду на входе мишени, можно снизить потенциал поля перед фото - эмиссионной сеткой, т. е. создать некоторое отрицательное смещение на сетке - фотокатоде, а также полностью подавить фотоэмиссию в начале каждого цикла работы мишени, т. е. «обнулять» потенциал на поверхности мишени, как того требует физиче­ский механизм работы пироэлектрика, реагирующего на изменение температуры его поверхности. Распределение положительных зарядов в пироэлектрической мишени по­вторяет распределение яркости в изображении, построенном объективом, а распреде­ление количества электронов, эмиттируемых фотокатодом с разных его участков, соот­
ветствует этому распределению. С помощью элек­тростатической ускоряющей 5 и магнитной фокуси­рующей 6 систем электронное изображение строит­ся на люминесцентном экране 7, а с помощью ВОЭ

8 изображение оборачивается и рассматривается на­блюдателем (окуляр на рис. 8.10 не показан).

Для уменьшения фона из-за фотоэмиссии, проис­ходящей во время отсутствия импульса напряжения, подаваемого на входной электрод мишени, необхо­димо или увеличивать время цикла «опроса» мише­ни, или отключать осветитель 4. Изменение времени цикла «опроса» должно соответствовать времени, не­обходимому для восстановления поверхностного по­тенциала пироэлектрика до первоначального уровня. Снизить уровень шумов можно, выбрав оптимальные амплитуды, форму и длительность импульсов напряжения, а так­же управляя работой осветителя.

Начиная с 70-х годов, ЦНИИ «Электрон» (С.-Петербург), Институт высоких энергий (Протвино), а также некоторые зарубежные фирмы («RCA», «Pixel Vision Inc.», «Hama­matsu», «Phetek Ltd.») успешно разрабатывают конструкции гибридно-модульных пре­образователей (ГМП). В таких устройствах модуль ЭОП с МКП преобразует инфра­красное изображение в видимое, которое с помощью проекционного объектива или во­локонно-оптического элемента, состыкованного с экраном-анодом, подается на ПЗС или МПИ.

Модульная конструкция таких систем позволяет заменять дефектные ЭОП или ПЗС. К их достоинствам также относятся возможности изменять масштаб изображения в достаточно больших пределах (до 10 крат и более) и проецировать на ПЗС-матрицу с помощью переключающихся или дихроичных зеркал изображение не только ИК-, но и дневного канала оптической системы. Такие ГМП могут работать при низких уровнях освещенности (до 10“5 лк), а их динамический диапазон в непрерывном режиме работы

Достигает 105. Поскольку ЭОП на входе ГМП ограничивает динами­ческий диапазон сигналов сверху, увеличение этого диапазона (до 10й) возможно только при им­пульсном режиме (режиме строби - рования).

Если размер ПЗС-матрицы меньше размера экрана ЭОП, то при использовании ГМП уменьша­ется масштаб изображения, что снижает разрешающую способ­ность системы, но улучшает каче­
ство изображения за счет уменьшения шумов экрана. Одним из недостатков таких ГМП является увеличение продольных размеров системы.

В ЦНИИ «Электрон» для стыковки с различными ЭОП разработаны охлаждаемые до -30...-35°С ПЗС-матрицы формата 768x580 пикселов с размерами 27x27 мкм и входным окном в виде ВОЭ с разрешением 50 штр./мм и коэффициентом передачи контраста 0,75. Масса модуля - 1320 г, габаритные размеры -072x23мм.

Более просты конструкции систем, в ЭОП которых встроены МПИ, заменяющие со­бой экран-анод, т. е. здесь поток усиленных и сфокусированных электронов бомбарди­рует непосредственно чувствительный слой МПИ со стороны утонченной подложки. В таких конструкциях меньше потери мощности сигнала, больше отношение сигнал-шум и динамический диапазон принимаемых сигналов, меньше габариты и масса.

Нужно отметить, что несмотря на высокую чувствительность разрешающая способ­ность и ФПМ систем с ГМП хуже, чем у обычных телевизионных, поскольку в оптиче­ский тракт вводятся дополнительные элементы, прежде всего ЭОП, ухудшающие по­мехоустойчивость системы к внешним световым помехам и удорожающие ее. Как со­общается в , срок службы таких устройств на базе бомбардируемых электронами кремниевых ПЗС при освещенностях порядка 10~2 лк составляет несколько тысяч ча­сов. Поскольку для получения одной электронно-дырочной пары в кремнии необходи­ма энергия в 3,6 эВ, коэффициент электронного усиления в таких устройствах опреде­ляется как

Где е - заряд электрона; Va - ускоряющее напряжение; V„ - пороговое напряжение, не­обходимое для начала процесса электронной бомбардировки.

В ЦНИИ «Электрон» были созданы система USD-16 и ее модификации на базе ЭОП I «Шар 2» и ПЗС-матрицы формата 532x290 с разрешающей способностью 390 телеви­зионных линий при освещенности от 10“2 до 10“3 лк , а в НИИОФИ и НИИЭПР - аналогичные ГМП на базе ЭОП ПМ-031 и «Ясень», имеющих диаметр фотокатода 40 мм и ПЗС-матрицы формата 1024x1024.

Фирма «Hamamatsu» (Япония) разработала модели ГМП №7220-61 и 7640-61, с GaAs-фотокатодом, чувствительным в диапазоне спектра 0,37...0,92 мкм. В первой мо­дели размер фотокатода составляет 12,2x12,2 мм, число пикселов - 512x512, электрон­но-оптическое усиление - 1300 при питающем ЭОП напряжении 8 кВ. Во второй моде­ли размер фотокатода составляет 9,2x6,8 формат - 512x512, усиление - 700 при напря­жении 6 кВ.

Основными трудностями, с которыми приходится сталкиваться разработчикам по­добных систем, являются: сохранение работоспособности МПИ и схем считывания при электронной бомбардировке, когда может возникнуть рентгеновское излучение; состы­ковка материалов МПИ с материалами, используемыми для создания вакуумных камер; сохранение МПИ и ПЗС в процессе изготовления конструкции, когда температура тех­нологического процесса, продолжающегося несколько часов, достигает 350°С.

Хотя большинство известных подобных устройств предназначено для работы в ви­димой области спектра, создание новых фотокатодов с достаточно большой чувстви­тельностью в ИК-диапазоне позволяет надеяться на успешное использование принципа сопряжения ЭОП и усилителей яркости изображения с МПИ в разнообразных ИКС «смотрящего» типа.

Еще одним перспективным направлением развития ЭОП является создание цветных преобразователей и усилителей яркости изображений. Как известно, цвет играет важ­нейшую роль в восприятии окружающей среды, и от его присутствия в построенном изображении во многом зависит информационная емкость последнего. (Некоторые особенности зрительного аппарата человека, в том числе и восприятия цвета, будут описаны в гл. 11.)

Системы с образованием цветных изображений смешением трех (а в отдельных слу­чаях и двух) монохроматических или близких к ним потоков могут использовать про­странственное смешение либо одновременное, либо поочередное во времени. Для обра­зования видимых цветных изображений наиболее распространенными являются крас­ная (R), зеленая (G) и синяя (В) составляющие с длинами волн 700; 546,1 и 435,8 нм со­ответственно.

Принцип действия цветного ЭОП прямого переноса с пространственным смешени­ем монохроматических составляющих поясняет рис. 8.11. Входной ВОЭ 2, располо­женный в корпусе ЭОП 1, состоит из тонких оптических волокон, которые являются одновременно световодами и оптическими фильтрами (2r, 2g и 2в на рисунке). Эти фильтры сгруппированы в RGB-триады, равномерно распределенные по сечению ВОЭ.

Фотокатод 4, нанесенный на внутреннюю поверхность ВОЭ, имеет достаточно равно­мерную чувствительность во всей области пропускания монохроматических потоков R, G и В. Внутри корпуса 1 устанавливается МКП 5, капилляры которой имеют тот же диаметр, что и волокна ВОЭ 2. Каждое отверстие канала МКП является проекцией со­ответствующего волокна ВОЭ 2 на поверхность МКП. На входную и выходную сторо­ны МКП наносятся токопроводящие пленки. Выходное окно 3 преобразователя состоит из экранного стекла 6, полупрозрачной токопроводящей пленки 7 и большого числа зе­рен люминофора красного (3r), зеленого (3G) и синего (Зв) свечения, которые также сгруппированы в RGB-триады и равномерно распределены по поверхности экрана. Структура и расположение этих триад сопряжены через МКП с учетом наклона ее ка­налов со структурой триад на поверхности ВОЭ 2. На электроды ЭОП подаются посто­янные напряжения, примерные значения которых указаны на рис. 8.11.

Вследствие малости расстояния между фотокатодом и МКП (порядка 0,1 мм) элек­троны не рассеиваются и отклоняются, а ускоряются под действием электрического поля (-180 В; земля) и практически без потерь попадают в расположенные напротив фильтров входные отверстия каналов МКП.

Описанная схема преобразователя может быть модифицирована, например, путем выполнения входного ВОЭ в виде волоконной планшайбы, на поверхность которой на­носятся RGB-фильтры из полиамидных смол. На входе и выходе ЭОП могут быть ус­тановлены идентичные ВОЭ, а фотокатод и люминофор экрана имеют достаточно рав­номерные спектральные характеристики во всем рабочем диапазоне спектра.

Еще одна схема получения цветного изображения с одновременным смешением монохроматических составляющих представлена на рис. 8.12. Устройство содержит

Объектив 1, окуляр 3, цветоделительный блок 4, состоящий из двух зеркал 6, 7 с дих- роическим покрытием и зеркала 8 с нейтральным отражающим покрытием, блок 2 из трех каналов, каждый из которых содержит соответственно ЭОПь ЭОП2 и ЭОП3 с различными люминофорами (например, ЭОП, имеет люминофор со свечением в об­ласти Я, ЭОП2 - в области в и ЭОПз - в области В) и выходной блок совмещения изображений 5, состоящий из двух зеркал 9, 10 с полупрозрачным отражающим по­крытием, и зеркала 11.

Каждый из каналов блока 2 является усилителем яркости изображения заданного спектрального диапазона. В результате аддитивного смешения изображений красного, синего и зеленого цветов, реализуемого с помощью выходного блока 5, наблюдатель через окуляр 3 воспринимает цветное изображение объекта.

Вместо ЭОП с цветными люминофорами в каждом из каналов могут быть использо­ваны ЭОП с люминофорами белого свечения, но тогда за экранами ЭОП должны раз­мещаться фильтры К, О, В соответственно по одному в каждом канале.

Если для образования цветного изображения смешивать не три, а два монохромати­ческих излучения, то можно создать цветной ПНВ, работающий по схеме, представ­ленной на рис. 8.13, где 1 и 2 - фильтры, каждый из которых пропускает одно из сме­шиваемых излучений, 3 - объективы левого и правого каналов, 4 - ОЭП 1К (с красным люминофором), 5 - ЭОП 2с (с зеленым люминофором), 6 - призменный блок, 7 - оку­ляры для правого и левого глаза наблюдателя.

В результате попадания различных световых потоков в левый и правый глаза по та­кой схеме на уровне психофизического восприятия формируется цветное (квазицвет- ное) изображение.

Цветной ПНВ, построенный по принципу последовательного во времени смешения монохроматических составляющих (цветов) (рис. 8.14), содержит объектив 1, ЭОП 2, окуляр 3 и модулятор в виде двух дисков с оптическими фильтрами, один из которых (4) размещен перед фотокадотом ЭОП, а второй (5) - за его экраном. Диски 4 и 5 жест­ко укреплены на оси 6 двигателя 7 и содержат секторы с фильтрами Я, в, В, причем

Фильтры одного цвета на обоих дисках 4 и 5 расположены соосно, т. е. один за другим вдоль оптической оси. Экран ЭОП покрыт люминофором белого свечения. В диске 4, расположенном перед фотокатодом ЭОП 2, устанавливаются фильтры с максимумами коэффициента пропускания в коротко-, средне - и длинноволновой областях спектра выбранного диапазона.

Благодаря высокой скорости вращения дисков 4 и 5 (не менее 3000 об/мин) и инерци­онности зрительного аппарата человека происходит аддитивное смешение последова­тельно воспроизводимых монохроматических составляющих (цветов). В результате изображение объекта, сформированное на экране ЭОП 2, воспринимается через окуляр

3 в цвете.

Достоинствами такого устройства являются простота реализации и отсутствие про­блем, связанных с совмещением отдельных монохроматических (например, Я, в, В) изображений.

ЭОП

электрооптические параметры

техн., физ.

Источник: http://chem.kstu.ru/jchem&cs/russian/n4/appl4/yal2000/0sdms60/0sdms60.htm

ЭОП

эндоскопическое оперативное пособие

ЭОП

электронно-оптический планшет

техн., физ.

эффективная отражающая поверхность

связь

Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. - М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. - 318 с., С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. - С.-Пб.: Политехника, 1997. - 527 с.

в теории радиолокации

ЭОП

эндогенные опиаты

ЭОП

электронный оптический прибор

техн., физ.

ЭОП

электронно-оптический приёмник

техн., физ.

Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. - С.-Пб.: Политехника, 1997. - 527 с.

ЭОП

электронно-оптический преобразователь

техн., физ.

Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. - М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. - 318 с., С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. - С.-Пб.: Политехника, 1997. - 527 с.

ЭОП

электронно-оптический прожектор

техн., физ.

Источник: http://www.mini-soft.ru/bemt/3usct_.php

Словарь сокращений и аббревиатур . Академик . 2015 .

Смотреть что такое "ЭОП" в других словарях:

ЭОП - ЭОП: ЭОП электронно оптический преобразователь. ЭОП эффективная отражающая поверхность. … Википедия

ЭОП - см. Электронно оптический преобразователь. * * * ЭОП ЭОП, см. Электронно оптический преобразователь (см. ЭЛЕКТРОННО ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ) … Энциклопедический словарь

ЭОП Большой Энциклопедический словарь

эоп - сущ., кол во синонимов: 1 преобразователь (39) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

ЭОП - см. Электронно оптический преобразователь … Большой медицинский словарь

ЭОП - см. Электронно оптический преобразователь … Медицинская энциклопедия

ЭОП - см. Электронно оптический преобразователь … Естествознание. Энциклопедический словарь

ЭОП - электронно оптический планшет электронно оптический преобразователь электронно оптический приёмник эффективная отражающая поверхность … Словарь сокращений русского языка

ЭОП с микроканальной пластиной - ЭОП с МКП Ндп. микроканальный ЭОП ЭОП с микроканальным усилением Электронно оптический преобразователь, в котором повышение коэффициента яркости осуществляется при помощи микроканальной пластины. [ГОСТ 19803 86] Недопустимые, нерекомендуемые… …

ЭОП с регулируемым увеличением изображения - Ндп. ЭОП с переменным увеличением Электронно оптический преобразователь, в котором предусмотрена возможность изменения масштаба изображения на выходе путем изменения электронно оптического увеличения. [ГОСТ 19803 86] Недопустимые, нерекомендуемые … Справочник технического переводчика

Как разобраться в терминологии? Что выбрать? Какие пополения бывают? Разберемся в ночном видении! это специальные приборы, которые в условиях недостаточной освещенности усиливают имеющийся свет или в полной темноте усиливают инфракрасную (ИК) подсветку от ИК фонарей. Мы видим на картинке изображение с ПНВ, ночью в условиях низкой освещенности. Поскольку эти приборы усиливают свет, то на заднем плане мы видим очень яркие пятна от фонарей. Ночное видение используются в разных областях, от обычных камер видеонаблюдения, до . Стоимость приборов лежит в диапазоне от 5 000 до 500 000 рублей. Все приборы различаются используемыми технологиями.

Принцип усиления света приборов ночного видения

Принцип работы ПНВ - усиление улавливаемого света в сотни и тысячи раз. Весь спектр видимого света лежит в диапазоне от 400 до 760 нм - это тот свет, который мы можем увидеть, а излучение в диапазоне от 760 -инфракрасное излучение, которое является для человека и животных невидимым излучением. Как раз в инфракрасном спектре работают многие ПНВ.

Как я написал выше, принцип работы ПНВ - усиление улавливаемого света в сотни и тысячи раз. Весь спектр видимого света лежит в диапазоне от 400 до 760 нм - это тот свет, который мы можем увидеть. Спектр, в котором хорошо видят приборы ночного видения лежит в районе 760-1000 нм, причем для разных поколений спектр разный, его можно изобразить как график. Далее подробнее изучим поколения и технологии ПНВ.

Подсветку для ночного прицела надо выбирать в зависимости от поколения прибора и спектра в котором работает выбранный осветитель.

Полезные советы

Конструкция приборов ночного видения

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

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:

Поколения приборов ночного видения

1 поколение

ЭОП 1 поколения представляет собой герметично запаянную стеклянную трубку,из которой откачан воздух. Степень вакуума внутри колбы весьма велика. Рассмотрим принцип действия ЭОПа:

Грубо говоря ЭОП это усилитель света, свет усиливается за счет бомбардировки фотонами люминофорного экрана на фотокатоде, который расположен ближе к объективу прибора. Фотокатод преобразует фотоны в электроны, которые ускоряются и увеличивают свою энергию под действием наведенного электрического напряжения в рабочей камере ЭОПа. После прохождения ускорительной камеры электроны попадают на маленький экран в окуляре прибора, на который нанесено фосфорицирующее покрытие (зеленого или белого фосфора), которое под действием электронов вспыхивает в нужных местах, формируя видимое вами изображение.

Подробнее о принципе работы ЭОПа ночного видения 1 поколения.

В объектив прибора попадает слабый свет от объекта. Этот свет в виде фотонов попадает на поверхность фотокатода. Задача фотокатода преобразовывать фотоны света в электроны. Фотокатод это очень тонкий слой фотоэмиссионного вещества,напыленного на внутреннюю поверхность фотокатодного стекла. Фотокатод строит изображение наблюдаемых объектов, создавая на своей поверхности распределение освещенности от объекта наблюдения. При этом, с противоположной стороны фотокатода возникает фотоэлектронная эмиссия с аналогичным пространственным распределением плотности электронного тока что и на входе.

Фотоэмиссия - испускание электронов из фотоэмиссионного вещества под действием света.
Определение из справочника.

Таким образом фотокатод преобразует пучки света от объекта в пучки электронов,той же плотности и распределения что и на входе. Дальше, полученные на выходе фотокатода электроны попадают в рабочую камеру ЭОПа.

В рабочей камере ЭОПа создается разность потенциалов(напряжение), для чего используется специальный высоковольтный трансформатор, который преобразует 3В от блока питания в 16 кВ, кстати говоря, как раз трансформатор создает тот писк, который можно услышать при включении и работе прибора. В рабочей камере ЭОПа под действием напряжения электроны вышедшие из фотокатода ускоряются под действием электрического поля. Ускоряясь электроны увеличивают свою кинетическую энергию и с высокой энергией ударяются в экран окуляра, на который нанесен люминофор. Под действием электронов люминофор начинает светится - испускать фотоны света, которые мы уже наблюдаем в виде изображения через линзу окуляра как через лупу.

Надо отметить, что в рабочей области ЭОПа под действием напряжения образуется электронная линза, аналогичная оптической, в которой роль преломляющих поверхностей выполняют линии электростатического поля, которые направляют и фокусируют электроны так же, как и оптическая линза фокусирует световые лучи. Поэтому на поверхности экрана окуляра возникает светящееся перевернутое изображение, которое можно рассматривать через окуляр ПНВ как через лупу.

В некоторых случаях производители ставят оборачивающую линзу внутри прибора,таким образом на выходе вы получаете нормально изображение, которое не надо переворачивать. Это влияет на точность позиционирования видимого изображения относительно фактической оптической оси, поскольку не все ЭОПы идеально центрированы и имеют симметричное изображение относительно оптической оси. Такая технология применяется только в приборах 2 и 3 поколений.

Процесс вылета электронов из фотоэмиссионного слоя фотокатода происходит всегда, вне зависимости от того, подключен ЭОП к источнику питания или нет. Если внутри ЭОП не создавать фокусирующего электростатического или электромагнитного поля, то электроны постепенно возвращаются в слой фотокатода. Эта особенность проявляется когда при выключении прибора на экране прибора сохраняется зеленое свечение.

Кстати, почему в ночное видение мы видим зеленое изображение? Все потому,что у ЭОПа люминофоры, которыми покрыт экран в окуляре прибора как правило имеют зеленое свечение.

Глазу легче приспособиться к зеленому свету, поэтому предпочтительней выбирать ЭОП зеленого цвета, однако черно-белый ЭОП показывает контрастнее.
Из личных наблюдений.

Основные параметры ПНВ 1 поколения

Достоинства 1 поколения: цена
Недостатки 1 поколения: искажения изображения по краям, малое усиление света

Личные наблюдения

Изображение из 1 поколения

В приборе ночного видения 1 поколения главный недостаток - искаженное изображение по краям картинки. Это выглядит так:

1+ поколение

В ЭОПе 1+ поколения разрешение на краю поля зрения мало отличается от разрешения в центре, а искажения формы предметов практически незаметно. Равномерное разрешение по полю в этом ЭОП достигается путем использования фотокатода со специальной плоско-вогнутой волоконно-оптической пластины (ВОП), на вогнутой поверхности которой нанесен фотоэмиссионный материал.

Сравнительно недавно появилась новая разработка - ЭОП поколения Супер 1+,в котором за счёт оригинального технического решения - сферическая форма фотокатода без использования ВОП совместно с новым объективом. Это позволило получать достаточно четкое изображение по всему полю зрения без потери света, а значит и сохранить коэффициент усиления по свету при одновременном сохранении увеличения ЭОПа.

ПНВ с ЭОПами 1-го и 1+поколений достаточно хорошо работают в условиях естественной ночной освещенности соответствующей наличию ¼ Луны на небе. При более низкой освещенности необходимо включать ИК подсветку.

Существующая технология изготовления ЭОП не позволяет получить исключительно равномерную яркость свечения всей поверхности экрана и полное отсутствие каких либо темных или светлых точек. Поэтому,если в ПНВ наблюдать равномерно освещенную белую поверхность, то можно видеть в поле зрения мелкие черные точки, сероватые полоски или незначительное отличие по яркости участков экрана, которые практически не видны при работе ночью. Эти точки и неравномерность яркости не влияют на надежность (длительную стабильную работу) ЭОП и не являются браком. Ресурс работы ЭОП 1 поколения составляет около 1000 часов,этого хватает простому любителю природы примерно на 3 –5,а иногда и более,лет эксплуатации. В дальнейшем чувствительность ЭОП падает, снижается яркость и контрастность изображения. Примерно такой эффект можно наблюдать с кинескопами старых телевизоров.

Надо помнить, что очень мало моделей ПНВ с ЭОП 1-го поколения выпускаются с защитой от случайной засветки прибора. Поэтому при эксплуатации прибора,в случае внезапного появления в поле зрения яркого источника света (фонарь,фары авто, внезапно включенный свет в помещении, случайно снятые в дневное время с включенного прибора защитные крышки), необходимо немедленно отвести объектив прибора в сторону и закрыть его крышкой или на крайний случай рукой.

В противном случае, многократное увеличение освещенности фотокатода приведет к лавинообразному увеличению количества выбитых из него электронов, усиленных в сотни раз приложенным напряжением, и в результате - прожиганию проводящего слоя фотокатода и выгоранию люминофора. Как правило,подобные случаи признаются нарушением правил эксплуатации и не являются гарантийными, ремонт ПНВ выльется в значительные материальные затраты потребителя.

Сравнение 1 и 1+ поколения приборов ночного видения.

Главным недостатком 1 поколения считается низкая ударостойкость - из-за стеклянного корпуса ЭОПа 1 поколение невозможно использовать в прицелах ночного видения на оружии с высокой отдачей. Также в 1 поколении получаемое изображение искажено по краям за счет эффекта электронной линзы, которая возникает в рабочей камере ЭОПа. В 1+ поколении, за счет использования металло-керамических корпусов ЭОПа решена проблема ударостойкости и прицелы с ЭОПом 1+ поколения можно использовать на различных калибрах. Также решена проблема искаженного изображения по краям картинки за счет использования волоконно-оптических плоско-вогнутых линз на входе и выходе ЭОПа, поэтому ПНВ 1+ поколения рекомендуются к покупке и установке на оружие. Покупать 1-е поколение для охоты мы бы никому не советовали, это пустая трата денег,задуматься стоит о покупке 1+ поколения. Зачастую китайские производители называют 1+ поколением 1 поколение но с волоконно-оптическими линзами,что дает им возможность продавать устаревшее 0 поколение как 1 поколение. В отдельных случаях за 1+ поколение производителями выдается 0 поколение с фотокатодом без волоконно-оптических линз. При покупке китайских приборов имейте это ввиду.

Достоинства 1+ поколения: ударная стойкость, нет искажений по краям
Недостатки 1+ поколения: малое усиление света в сравнении с 2+ поколением

По горячим следам

2+ поколение

Это поколение создано на ЭОПе бипланарной конструкции, то есть без электростатической линзы, с прямым переносом изображения с фотокатода на экран. В ЭОПе для усиления света используется МКП. Схематично устройство ЭОПа изображено на схеме:

Расстояния между слоем фотокатода и входом МКП (микроканальной пластины),выходом МКП и слоем люминофора достаточно малые. Напряжения, подаваемые на фотокатод, вход и выход МКП зависят от конкретной конструкции ЭОПа,а напряжения на выходе МКП отличаются и регулируются в процессе изготовления для достижения максимального разрешения. Изображение на экране ЭОП получается прямым. Для того, чтобы его перевернуть, вместо плоской стеклянной пластины,на которой нанесен внутри люминофор, применяют волоконно-оптическую пластину,волокна которой являются световодами и закручены таким образом, что изображение переворачивается на 180°. При отсутствии такой пластины необходимо перед окуляром ставить оборачивающую систему (ОС). Изображение на экране ЭОП в этом случае рассматривается через микроскоп (ОС +окуляр =микроскоп) и за окуляром уже имеется выходной зрачок (висит в воздухе светлый кружок),которого при использовании переворачивающего изображение ВОП нет, так как окуляр в этом случае работает как лупа и выходным зрачком является глаз.

В поколении 2 основной коэффициент усиления достигался за счет микроканальной пластины, и было решено избавиться от устаревшей электростатической линзы,что позволило избавиться от засветки сильными источниками света. В результате получился очень компактный ЭОП с характеристиками, ненамного хуже по характеристикам 2 поколения. Коэффициент усиления порядка 20000-30000, присутствует автоматическая регулировка яркости в зависимости от внешнего освещения. Кроме того, отсутствие разгонной камеры позволяет получить более четкое изображение.

МКП

МКП представляет собой сито с регулярно расположенными каналами диаметром 6-10 мкм и длиной не более 1 мм. Обе поверхности МКП полируются и металлизируются,между ними прикладывается напряжение в несколько сотен вольт. Попадая в канал такого сита, электрон испытывает соударения со стенками МКП и выбивает вторичные электроны. Процесс многократно повторяется на всей длине пролета электрона(1мм), это позволяет получить высокий коэффициент усиления света(x10 000), намного превосходящий 1 и 1+ поколение. Для получения микрометровых каналов в МКП используется оптическое волокно, которое под воздействием химических реакций приобретает вид сита. Если в ЭОПе поколения 1 или 1+ одиночный электрон, вылетевший из фотокатода, движется в вакууме разгонной камеры, и в одиночку, долетает до экрана (анода), то в канале МКП каждый электрон, вылетевший из фотокатода, генерирует целый рой электронов которые многократно ударяются в экран. За счет этой технологии коэффициент усиления света достигает 25 000-30 000 раз.

1 - фотокатод; 2 - микроканальная пластина; 3 - экран

Т.к. оборачивающую электростатическую линзу убрали, пришлось добавлять дополнительные линзы в окуляр чтобы изображение было правильным. Но благодаря компактности ЭОПа удалось сделать конструкцию очков ночного видения (ОНВ) с псевдобинокулярной системы, где изображение с одного ЭОП разводится на два окуляра с помощью светоделительной призмы. Оборот изображения здесь осуществляется в дополнительных мини-объективах. Также оборот изображения может быть произведен при помощи особой волоконно-оптической пластины. В ЭОПах для эта оборачивающая пластина обычно встроена в ЭОП. Некоторые электроны не попадают в каналы МКП, отражаются от стенок и попадают в соседние каналы. В результате вокруг ярких источников света образуются гало - и чем дальше находится фотокатод от микроканальной пластины - тем больше гало, а чем тоньше каналы в МКП - тем гало ярче. Гало можно увидеть на этой картинке вокруг фонарей освещения:

Если с ПНВ приходится работать в условиях, где возможны боковые засветки,то на входе вместо стеклянной устанавливается волоконно-оптическая пластина,защищающая фотокатод от боковых засветок и позволяющая получить более контрастное изображение. Малые габаритные размеры ЭОП 2+ позволяют значительно уменьшить габаритные размеры и вес ПНВ по сравнению с ЭОП 2-го поколения. Ресурс работы ЭОП поколения 2 и 2+ составляет порядка от 1000 до 3000 часов,что втрое больше, чем у ЭОП 1-го поколения. Встроенные источники питания ЭОП поколений 2 и 2+ имеют автоматическую регулировку яркости свечения экрана и встроенную электронную защиту фотокатода от световых перегрузок, а сами ЭОП - хорошее качество изображения без искажений по всему полю зрения и могут работать в условиях очень низкой освещенности - при отсутствии луны,а лишь наличии звезд и то в легких облаках. Стоимость ПНВ с ЭОП поколений 2, 2+ в 5-10 раз выше, чем стоимость приборов с ЭОП 1-го поколения,и редко бывает ниже 2000 долларов США. Высокая стоимость ЭОП 2+ (а также и ЭОП 3-го поколения) обусловлена как технологией их изготовления (в специальных сверхчистых вакуумных камерах с высокой степенью вакуума), так и стоимостью производства МКП и ВОП.

Характеристики ЭОПов 1, 1+, 2+ поколения

Достоинства 2+ поколения: отсутствие засветки, компактные размеры, выше разрешающая способность.
Недостатки 2+ поколения: нужна дополнительная оборачивающая оптика, гало вокруг точечных источников света.

Из личного опыта

Поколение 3

Отличается от ЭОП поколения 2+ тем, что фотокатод выполнен на основе арсенида галлия(AsGa), что позволило увеличить его интегральную чувствительность до 900-1600 мкА/лм, а чувствительность в инфракрасной области до 190 мкА/лм (в инфракрасной области в 10 раз больше по сравнению с ЭОП 2+ и в 6 раз больше по сравнению Super Gen 2+). Разрешение 42-64 штр/мм. Ресурс работы до 10 000 часов,что втрое больше чем у ЭОП 2 и 2+,и в 10 раз больше чем у ЭОП 1.

Приборы на базе ЭОП 3-го поколения очень хорошо работают в условиях предельно низкой освещенности.Картинка в приборе насыщенная,четкая,с хорошим контрастом и проработкой деталей.В отличие от ЭОП 2+на входе отсутствует волоконно-оптическая шайба,поэтому нет защиты от боковых засветок,что затрудняет их использование в городских условиях.Из-за высокой стоимости,в 1,5-2,5 раза выше,чем II+,приборы на ЭОП 3 поколения в свободной продаже встречаются редко,и в основном применяются в спецтехнике (военные,спецслужбы и т.д.).

Производители ЭОП 3 признают, что не существует принципиальных различий в эффективности между новыми системами 3 поколений. Преимущества преобразователей третьего поколения становятся очевидными при старении этих устройств, так фотокатоды 2+ теряют чувствительность (деградируют) по мере использования. Ресурс таких ЭОП составляет около 3 000 часов.

Для быстрого ориентирования в рамках рассмотренной классификации следует воспользоваться таблицей, в которой сведены основные характеристики ЭОП. Однако для более полной оценки необходимо получить представление о специфических требованиях, предъявляемых к оптическим узлам и конструкции таких приборов. Достигнутое качество оптических компонентов не лимитировало разработку ЭОП. Предел разрешения, определяющий минимальные угловые размеры доступного для наблюдения объекта, определяется разрешающей способностью применяемых МКП, то есть диаметром каналов. Сегодня ПНВ в среднем обеспечивает 30-40 штр./мм, лучшие образцы ЭОП III, предназначенные в основном для авиации,достигают 64 штр./мм. Диаметр пор в таких МКП составляет 5-6 мкм при толщине в сотые доли мм. В связи с высокой хрупкостью эти пластинки чрезвычайно сложны в изготовлении и обработке. Светоусиление в этих ЭОПах достигает 50 000-70 000 раз.

Фотокатод основе арсенида галлия очень требователен к величине остаточного давления внутри ЭОПа и легко подвержен "отравлению" ионами газов, что приводит к падению чувствительности фотокатода и сокращению срока службы ЭОП. Для защиты фотокатода на основе арсенида галлия используется ионно-барьерная пленка, нанесенная на входную поверхность МКП, которая предотвращает выход из каналов МКП положительных ионов и нейтральных газов (которые создаются в процессе бомбардировки электронами внутри каналов МКП) и тем самым сохраняет фотокатод, что увеличивает срок службы прибора. Интегральная чувствительность 1000-1800 мкА/лм, чувствительность на длинах волн 830 нм - 100-190 мА/Вт,коэффициент усиления 40000-70000, максимальное разрешение 45-64 штр/мм,соотношение сигнал-шум 16-21, срок службы 10000 часов.

Характеристики ЭОПов 1, 1+, 2+, 3 поколений.

Достоинства 3 поколения: выше коэффициент усиления, чувствительность и разрешающая способность, длительный срок службы, высокая устойчивость к перегрузкам.
Недостатки 3 поколения:

Из общедоступных источников

3+ поколение без пленки

Иногда его называют поколением 3+. Вместо удаления ионно-барьерной пленки ее сделали в три раза тоньше, применили улучшенную МКП, а также поставили импульсный источник питания ЭОПа с уменьшенным напряжением. В результате удалось существенно повысить характеристики ЭОПа без уменьшения срока службы и устойчивости к перегрузкам. Благодаря импульсному источнику питания удалось избавиться от влияния ярких источников света на ЭОП. Интегральная чувствительность лежит в пределах 2000-2700 мкА/лм, чувствительность на длинах волн 830 нм - 190-250 мА/Вт, чувствительность на длинах волн 880 нм - 80-120 мА/Вт,коэффициент усиления 50 000-80 000, максимальное разрешение 64-72 штр/мм,соотношение сигнал-шум 25-28, срок службы 10000 часов.

Характеристики ЭОПов 1, 1+, 2+, 3, 3+ поколений.

Достоинства 3+ поколения: выше коэффициент усиления, меньше гало, выше чувствительность и разрешающая способность, длительный срок службы, высокая устойчивость к перегрузкам.
Недостатки 3+ поколения: ионно-барьерная пленка ухудшает максимальные характеристики.

Из общедоступных источников

Цифровое поколение

В последнее время цифровое устройство ночное видения становится более популярным. Принцип работы цифровых приборов ночного видения существенно отличается от предыдущих. Можно сказать что предыдущие способы преобразования светя являются аналоговыми методами. Примерно как аналоговая и цифровая фотография. Принцип действия простой, в приборе стоит цифровая матрица которая работает в ИК спектре излучения и высоком усилении света, через объектив прибора, свет попадает на матрицу и матрица уже преобразует приходящий свет в изображение на цифровом экране прибора. Такие приборы отличаются существенным минусом - неспособность работать в сильной темноте без внешней ИК подсветки. В этом плане 2 поколение приборов существенно лучше. Однако плюсом таких приборов является то что они не боятся засветки и могут работать и днем и ночью.

Характеристики ЭОПов 1, 1+, 2+, 3, 3+, цифровых поколений.

Черные точки на ЭОПах ночного видения.

Черные точки на ЭОПах ночного видения. Несомненно, покупая прибор более чем за 100 тыс. рублей, хочется получить идеальный прибор. Но надо понимать,что это все таки серийное производство и по ГОСТ предусмотрено некоторое количество черных точек. Безусловно, наши специалисты отбирают самые «чистые» приборы. В любом случае черные точки присутствуют на каждом приборе, в одном случае это как укол иголочкой, в другом как звездное небо. На самом же деле, большинство точек в реальных условиях вы даже заметить не сможете. Потому как они заметны только в условиях когда вы смотрите на белую стену,а в условиях ночи в лесу они незаметны совершенно. К тому же, чистота поля зрения далеко не первый и даже не пятый пункт в показателях прибора. Например более «грязный» прибор по большинству показателей будет лучше «чистого».

Выбирайте прибор ночного видения, исходя из полученных знаний! Наш магазин имеет большой каталог приборов ночного видения на любой кошелек и любую задачу! Звоните и покупайте через сайт!