Приборы ночного видения (бинокли, телескопы, монокуляры, прицелы и очки ночного видения) — принцип работы, устройство, назначение, цены, типы и поколения

Как выбрать приборы ночного видения — очки, бинокли,прицелы, телескопы, монокуляры

Что такое приборы ночного видения и чем они отличаются от оптических приборов ночного видения?

Приборы ночного видения это электрооптические устройства, базирующиеся на инфракрасном электронно-оптическом преобразователе, который помещён в защитный корпус и оснащён определённой системой крепления. Кроме того многие приборы ночного видения оснащаются инфракрасной подсветкой и телескопическими линзами. Они могут выпускаться в форме монокуляров, очков, телескопов и биноклей ночного видения.

Принцип работы приборов ночного видения значительно отличается. Обычные оптические очки и бинокли ночного видения отличаются от приборов ночного видения тем, что являются чисто оптическими приборами, которые позволяют видеть при низком уровне освещения. Они только усиливают уже имеющийся свет и формируют изображение только оптическими средствами — за счёт объектива с линзами большого диаметра. Кроме биноклей ночного видения по этому же принципу работают телескопы ночного видения и ночные очки. Также выпускаются астрономические бинокли — огромные бинокли с объективом с линзами очень большого диаметра.

Для чего нужны приборы ночного видения?

Фото изображения с прибора ночного видения.

Раньше приборы ночного видения использовались преимущественно военными и правоохранительными органами, но сейчас они всё чаще применяются обычными гражданами. В гражданской сфере они нашли применение в ночной видеосъёмке и фотографии, в ночных наблюдениях за дикой природой, морской навигации и различных сферах, связанных с безопасностью. В последнее время на автомобили устанавливаются компактные видеорегистраторы ночного видения.

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.

Сколько стоит прибор ночного видения.

Цена приборов ночного видения может зашкаливать. Как правило, чем выше поколение, тем дороже обойдётся устройство. Купить недорого прибор ночного видения можно только первого поколения, а именно очки с усилением света в несколько тысяч раз. Это недорогие устройства, которые идеально подходят для ежедневного использования, например, для походов и охоты.

Зачем нужны источники инфракрасного освещения?

Для работы устройств ночного видения требуется источник излучения. Многие устройства, даже некоторые дешёвые очки ночного видения, идут в комплекте со встроенными источниками инфракрасного излучения. Они излучают луч инфракрасного света, который невидим для человеческого глаза, но улавливается прибором ночного видения, что даёт возможность видеть даже в условиях казалось бы полной темноты.

Поколения приборов ночного видения.

При выборе прибора ночного видения в первую очередь нужно обращать внимание на поколение устройства. Технологии приборов ночного видения постепенно усовершенствовались — улучшались их технические характеристики и уменьшалась цена, что привело к возникновению нескольких «поколений» приборов ночного видения. При сравнении различных моделей устройств поколение имеет чрезвычайно важное значение, поскольку оно отображает уровень используемых в приборе технологий.

Впервые приборы ночного видения начали использоваться во время Второй мировой войны, а массовое производство приборов ночного видения началось только во время войны во Вьетнаме.

Приборы ночного видения 1 поколения.

Приборы ночного видения первого поколения впервые появились во время войны во Вьетнаме. Очки, монокуляры и бинокли ночного видения, выпускаемые по данной технологии, являются самыми доступными устройствами на рынке.

Каждое устройство первого поколения оснащается вакуумной камерой с фотокатодом чувствительностью 120 — 180 микроампер на люмен. Эти устройства способны усиливать свет в 120 — 900 раз. Разрешение в центре составляет 20 — 38 пар линий на миллиметр.

Максимальная дальность устройств первого поколения составляет около 80 метров. Часто они идут в комплекте со встроенным источником инфракрасного излучения. Эти приборы потребляют больше энергии, чем устройства других поколений, и могут издавать слабый высокочастотный шум. Хотя приборы ночного видения первого поколения дают чёткое изображение в центре, у них часто имеются проблемы с качеством изображения по краям, что делает невозможным их использование для ночной фотосъёмки. Это недорогие и полезные устройства, для которых можно найти множество практических применений, в частности с их помощью можно наблюдать за дикой природой на небольшом расстоянии.

Приборы первого поколения сильно отличаются по своим техническим характеристикам. Каждая трубка на этапе производства оценивается в зависимости от её качества и технических характеристик. Качественные трубки способны формировать чёткое изображение и хорошо усиливать свет. И конечно же это отражается на конечной стоимости устройства ночного видения — самые хорошие трубки устанавливаются в наиболее дорогие приборы. Лучшие фирмы-производители, например, такие как Luna Optics, используют усилительные трубки только самого высокого качества. Поэтому цена на такие устройства немного выше, но вы будете уверены, что покупаете качественный продукт.

Приборы ночного видения поколения 1+.

Приборы ночного видения поколения 1+ являются дальнейшим развитием устройств первого поколения. В них применяется трубка, на передней или задней части которой установлена волоконно-оптическая пластина, что позволяет значительно увеличить разрешения изображения и уменьшить искажения, особенно по краям. Они обеспечивают усиление света в 900 — 1000 раз. Их чувствительность составляет до 300 микроампер на люмен, а разрешение в центре до 50 пар линий на миллиметр.

Хотим предостеречь, что некоторыми производителями выпускаются поддельные устройства 1+, которые на самом деле являются обычными устройствами первого поколения. Настоящий прибор ночного видения поколения 1+ не может стоить дешево — его цена достигает стоимости самых дешёвых устройств второго поколения.

Приборы ночного видения 2 поколения.

Приборы ночного видения второго поколения отличаются от предыдущих поколений наличием специального электронного усилителя — микроканальной пластины. Существуют два типа усилительных трубок на базе микроканальной пластины: 25 мм и 18 мм. Чем больше диаметр трубки, тем выше её эффективность. Однако большие трубки можно установить только в крупные устройства.

Приборы ночного видения второго поколения усиливают свет примерно в 20 — 30 тысяч раз, что делает их очень эффективными при низком уровне освещения. Чтобы дать вам представление о их усилительной мощи, например, с их помощью можно увидеть человека с расстояния 90 метров в пасмурную ночь, с 300 метров при свете звёзд и с 600 метров при полной луне. Так как эти устройства практически не дают искажения, они идеально приспособлены для совместного использования с видеокамерами и фотоаппаратами. Приборы второго поколения великолепно подходят, как для длительного наблюдения за дикой природой на расстоянии, так и для разглядывания вблизи небольших животных.

Кроме того они характеризуются повышенной чувствительностью (300 — 320 микроампер на люмен) и увеличенным сроком службы трубки (4000 — 5000 часов по сравнению с 2000 — 2500 часами для поколений 1 и 1+).

Из-за высокой стоимости приборов ночного видения второго поколения они в основном используются правоохранительными органами и для профессионального применения.

Приборы ночного видения поколения 2+.

Приборы ночного видения поколения 2+ являются улучшенные приборами второго поколения и способны усиливать свет в 22 — 25 тысяч раз. Их чувствительность составляет 300 — 600 микроампер на люмен, разрешение в центре — 39 — 50 пар линий на миллиметр, а заявленный срок службы — 5000 часов. Устройства этого поколения оснащаются автоматической регулировкой усиления, которая регулирует яркость изображения в зависимости от условий освещённости. Эти приборы также имеют защиту от засветки и практически не дают искажений по краям. До недавнего времени эти устройства использовались военными, но сейчас они стали доступней. Вывоз за пределы США любой модели поколения 2 и 2+ контролируется Министерством торговли и может быть одобрен путем представления сертификата конечного пользователя.

Все приборы ночного видения поколения 2+ исключительно российского производства. В США сразу перешли со второго поколения к третьему, минуя поколение 2+. В соответствии с российским законодательством максимально разрешенная чувствительность приборов ночного видения, предназначенных для экспорта за рубеж, не должна превышать 350 микроампер на люмен.

Приборы ночного видения 3 поколения.

В этих приборах ночного видения используются арсенид-галлиевый фотокатод и микроканальная пластина для усиления. Они отличаются крайне высокой стоимостью, что связано со сложностью их производства. Продажа, как правило, ограничена государственными ведомствами и вооруженными силами.

Приборы ночного видения 4 поколения.

Хотя технология приборов ночного видения четвёртого поколения официально не принята военными, данный термин часто используется производителями устройств ночного видения. Их ещё называют бесплёночными или импульсными приборами ночного видения.

«Бесплёночность» означает отсутствие ионно-барьерной плёнки, которая присутствует в третьем поколение приборов ночного видения и приводит к возникновению на изображении «ярких белых пятен».

Слово импульсный означает наличие импульсного источника питания, что позволяет использовать такие устройства в дневное время. Это также способствует повышению разрешения изображения и минимизирует засветы от ярких источников света. В целом приборы ночного видения четвёртого поколения по сравнению с третьим поколением практически в полной темноте обеспечивают ещё более резкое изображение. Но опять же это также означает и их более высокую стоимость — монокуляр четвёртого поколения стоит 5 — 6 тысяч долларов США.

Цифровые приборы ночного видения.

Несмотря на то, что цифровые приборы ночного видения более доступные, до недавнего времени они могли обеспечить качество изображения не выше, чем в устройствах первого поколения. Однако технологии непрерывно совершенствуются и сейчас самые лучшие цифровые приборы ночного видения могут на равных конкурировать со многими устройствами третьего поколения. Например, если вы купите цифровой прибор ночного видения iGen 20/20 Night Vision Viewer от Night Owl Optics, вы не только сэкономите деньги, но при этом получите поразительно высокое качество изображения.

Приборы ночного видения (ПНВ)

Устройство и принцип работы ПНВ

Приборы ночного видения имеются в арсенале не только армии, но и охотников, рыболовов, спасателей, охранных подразделений и спецслужб.

Также приборы ночного видения находят применение в сфере изучения ночной жизни природы.

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

Принципы ночного видения.

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

В ночное время естественного освещения нет, и человеческий глаз не в силах хорошо разглядеть окружающие предметы. Несмотря на отсутствие естественного освещения в ночное время присутствует слабое фоновое инфракрасное излучение с длиной волны менее 1 мкм (микрометра).

Фоновое инфракрасное излучение вызвано рассеянием в облаках и других неоднородностях атмосферы удалённых источников излучения, таких как звёзд, Луны и пр. Чтобы разглядеть окружающую обстановку ночью необходимо принять это фоновое излучение, затем усилить и преобразовать в видимое изображение.

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

Как устроены приборы ночного видения?

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

Электронно-оптический преобразователь состоит из объектива, вакуумной трубки, умножителя напряжения, источника питания и экрана. Вот здесь можно ознакомиться с устройством электронно-оптического преобразователя на конкретном примере.

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

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

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

Как устроен фотокатод?

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

Фотокатод обладает хорошей фотоэмиссией в видимой и инфракрасной областях спектра.

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

Требования к экрану.

Самая главная характеристика люминесцентного экрана – это светоотдача и чёткость.

Для получения высокой светоотдачи экран покрывают люминофором из водной суспензии. Поверх люминофорного покрытия наносят слой органического лака. Затем методом испарения в вакууме напыляют алюминиевую плёнку. После этого всю систему нагревают до 400 0 С, в результате чего органический лак сгорает.

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

Этим достигается высокая светоотдача экрана.

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

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

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

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

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

Поколение Ⅰ (изображение размыто по краям, а к центру имеет более высокую чёткость);

Поколение Ⅱ (применяется микроканальная пластина – МКП.);

Поколение Ⅲ (используется фотокатод на основе арсенида галлия – GaAs);

Поколение Ⅳ (применены новые технологии, позволившие увеличить дальность обнаружения и разрешающую способность, применение матриц ПЗС, встраивание ПЗС-матриц внутрь ЭОП, удалённая передача изображения от сенсорного блока (Объектив+ЭОП+ПЗС) на дисплей по проводному или радиоканалу);

Поколение Ⅴ (встраивание в ЭОП ПЗС, а также процессоров обработки изображения, приёмопередатчика, схемы управления питанием и т.д).

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

Существуют также и ПНВ на основе ПЗС-матрицы (CCD), а не электронно-оптического преобразователя.

При желании CCD-матрицу можно разглядеть сквозь линзу объектива.

Так как ПЗС-матрица является полупроводниковым устройством, и больше похожа на фоточувствительную память, то для работы совместно с ней используются специализированные контроллеры и процессоры.

Далее на фото показан объектив и печатная плата фоточувствительной матрицы от ПНВ фирмы Pulsar. Как видим, на печатных платах установлено множество цифровых микросхем.

Такие приборы относятся к Ⅳ и Ⅴ поколениям. Приборы на основе ПЗС-матриц больше похожи на цифровую видеокамеру. Их относят к поколению Digital. Изображение у ПНВ на базе ПЗС-матриц чёрно-белое и не имеет зеленоватого оттенка, как у приборов на основе ЭОП.

Изображение с ПЗС-матрицы обрабатывается процессором и выводится на миниатюрный LCD-экран, который встроен в сам прибор ночного видения. Оцифрованное изображение можно записывать и сохранять в память, выводить на внешний монитор.

ПНВ с ПЗС-матрицей можно использовать в светлое время суток – засветка им не страшна. Минусом таких приборов является то, что для работы CCD-матрицы нужна активная инфракрасная подсветка. Например, в модели PULSAR Reflescope Digisight N770 подсветка реализована на базе лазерного диода с длиной излучаемой волны 780. 915 нм.

Прибор ночного видения. Виды и применение. Работа и как выбрать

Прибор ночного видения используется для выполнения различных задач, когда нет возможности использовать электроприборы, и не поступает солнечный свет.

Виды приборов ночного видения

По своему внешнему виду ПНВ делятся на следующие виды:

• Монокуляры. Такой прибор внешне похож на подзорную трубу, поэтому смотреть в него можно только одним глазом. Это наиболее распространенный и доступный вариант, который имеет небольшие размеры и вес, простую и надежную конструкцию, а также невысокую стоимость.

• Бинокли. Этот прибор может быть гражданским или военным, его отличие от монокуляра в том, что обеспечивается бинокулярное зрение, а это позволяет точнее и реальнее оценивать увиденное. Стоимость бинокля будет выше, так как он состоит из двух монокуляров, соединенных в единую конструкцию. Такие приборы обеспечивают многократное увеличение, при этом картинка получается отчетливой.

• Очки. В этом случае обычно используется один электронно-оптический преобразователь, но благодаря оптике, реализуется псевдобинокулярное зрение, так как полученный зрительный сигнал разводится на каждый глаз отдельно. Внешне такой прибор выглядит в виде одного объектива и двух окуляров. Очки при помощи ремней крепятся на голове или шлеме, поэтому руки у человека остаются свободными, и он может использовать оружие, инструменты, вести автомобиль и выполнять другую работу. В таком оборудовании обычно нет функции приближения, поэтому расстояние до наблюдаемого объекта оценивается адекватно.

• Прицелы. Они имеют аналогичную конструкцию с монокуляром, но у них есть прицельная сетка и возможность быстрой и надежной фиксации на стрелковом оружии.

Особенности устройства

Первые такие приборы начали производить около 80 лет назад. С того времени разработчики постоянно их совершенствуют и расширяют возможности, но общее устройство ПНВ практически не изменилось.

Основной частью прибора является усилитель, который представляет собой электронно-оптический преобразователь. ЭОП преобразует невидимое для человеческого глаза изображение и делает его видимым. Кроме ЭОП, в таких приборах могут использоваться инфракрасные преобразователи, в их основе лежит тепловизор или прибор с зарядовой связью (ПЗС матрица).

Принцип работы

Прибор ночного видения работает по следующему принципу: свет попадает в объектив и фокусируется на передней стенке преобразователя, то есть по такому же принципу, как и в обычном фотоаппарате. При помощи преобразователя, полученное изображение усиливается, делается более ярким и четким, после чего передается на объектив. Уже в объективе человек видит изображение.

Преобразователь имеет вид трубки, ее концы герметично запаяны, а перед этим откачан воздух. На переднюю стенку наносится полупроводник, а задняя покрывается люминофором. На переднюю стенку подключают минус, а на заднюю плюс и подают напряжение. При попадании слаборазличимого изображения на фотокатод, из него выбиваются электроны и направляются на большой скорости к аноду. Попадая на люминофор, они вызывают его свечение. Для фотокатода не важно, получил он инфракрасный или ультрафиолетовый электрон, поэтому цвет теряется и получается черно-зеленое изображение.

Область применения

Прибор ночного видения применяется в тех случаях, когда необходимо вести наблюдение за определенным объектом, а для человеческого глаза недостаточно яркости. Он может использоваться в ночное время на открытой местности, а также в подвалах или закрытых помещениях, где нет возможности использовать электрическое освещение.

Области применения такого оборудование следующие:

• Армия и проведение военных действий.
• Обеспечение безопасности: полиция, охрана и другие спецслужбы.
• Строительство.
• Охота и наблюдение за дикой природой.
• Развлечения.
• Навигация и разведка.

Как выбрать прибор ночного видения

Для того чтобы правильно выбрать прибор ночного видения, необходимо учитывать следующие его характеристики:

• Сигнал/шум (S/N). Это показатель характеризует качество картинки при плохой видимости. В разных моделях он может быть от 3,5 до 36. Приобретать рекомендуется приборы, у которых соотношение (S/N) будет не меньше 20.
• Светочувствительность. Данный показатель измеряется в чА/lm и характеризует зависимость числовых параметров от реальной экспозиции.
• Разрешение. В этом случае измерение проводится в lp/mm. От величины разрешения будет зависеть частота и контрастность передаваемой картинки. Для получения качественного изображения, разрешение должно быть в пределах 30-70 lp/mm.
• Увеличение. Данная характеристика указывается первой цифрой в названии прибора, если написано 5х, то с расстояния 50 м вы будете видеть объект так, как с 10 м. У ПВН обычно используются практически все одинаковые окуляры и увеличение зависит только от объектива.
• Размер объектива. Объектив должен создавать максимальное количество тусклого света, который поступает от наблюдаемого объекта. Чем больше будет диаметр объектива, тем ярче картинку будет выдавать ПНВ. В современных моделях светосила, показатель соотношения фокуса к диаметру объектива, в пределах 1,5-2. Чем меньше это число, тем более светосильным будет объектив.
• Поле зрения. Этот показатель характеризует размер охватываемой зоны обзора, чем он будет выше, тем большую область будет захватывать прибор. Помните, что с увеличением кратности прибора, поле зрения уменьшается.
• Фокусировка. Данный показатель указывает расстояние, на котором при наблюдении за объектом, будет получаться четкое его изображение. Для людей, имеющих плохое зрение, надо приобретать модели с возможностью диоптрийной коррекции окуляра.
• Размеры и вес. При длительном использовании такого оборудования, его размеры и вес имеют большое значение. Особенно это важно, в случае использование прицела ночного видения, который должен иметь небольшие размеры и вес, а также высокое качество изготовления и надежное крепление.

Преимущества и недостатки

На сегодняшний день существует несколько поколений ПНВ: первое, второе и третье. Прибор ночного видения первого и второго поколения имеет практически одинаковое устройство, а их отличие в лучшем усилении видимого света и в том, что у последних моделей отсутствует засветка. В приборах третьего поколения используется другой принцип работы, который основан на фотокатодах. Такое решение позволило уменьшить вес и размеры прибора, улучшить качество и четкость изображения.

Основные преимущества монокуляров ночного видения:

• Даже недорогие модели позволяют получать качественное изображение наблюдаемого в ночное время объекта.
• Наличие встроенной инфракрасной подсветки, позволяет получать более четкую и качественную картинку.
• Доступная стоимость.
• Небольшой вес и размер.
• Мобильность.

Если говорить о цифровых ПНВ, то они имеют следующие преимущества:

• Могут работать при температурах воздуха от -20 до +50°С.
• Есть возможность подключения выносного аккумулятора, благодаря чему, прибор без перерыва может работать до 20 часов.
• Есть память, что позволяет сохранять информацию о ранее сделанных правках.
• Наличие ИК-излучателя, позволяет проводить скрытое и безопасное наблюдение.
• Большой выбор различных настроек.
• Есть видеовыход, поэтому получаемую информацию можно сразу записывать на внешний носитель.

Главным недостатком всех приборов ночного видения является ограниченность угла обзора, а при использовании монокуляров, наблюдение приходится вести одним глазом, что также не очень удобно.

Причины, по которым в ПНВ получается картинка черно-зеленого цвета:

• Для того чтобы люминофор начал светиться зеленым цветом, необходимо минимальное количество энергии.
• Экраны специально покрывают составом, который светится зеленым цветом, так как человеческий глаз способен различать максимальное количество оттенков именно указанного цвета.
• От зеленого цвета глаза устают намного меньше, чем от других и им проще перестроиться на темноту, после прекращения пользования прибором.

Прибор ночного видения является сложным и дорогим оборудованием, которое позволяет вести наблюдение за объектами в ночное время, когда для человеческого глаза недостаточно освещенности. Для того чтобы правильно выбрать прибор ночного видения, надо сначала определиться, для каких целей он вам нужен, ознакомиться с рекомендациями специалистов и узнать, на какие характеристики надо обращать внимание. Если у вас нет достаточно знаний, то вы всегда сможете получить профессиональную консультацию у специалистов, которым надо будет озвучить свои требования к указанному оборудованию, а они подскажут, какой прибор ночного видения лучше приобрести.

Бинокли ночного видения первого поколения

Как устроен бинокль ночного видения?

Главное отличие бинокля от других классов оптических приборов – возможность смотреть на цель двумя глазами. При этом можно выделить полностью бинокулярные конструкции и псевдобинокулярные, в которых на два окуляра приходится только один объектив и один ЭОП. Естественно, что вторая конструкция, хоть и является более дешевым вариантом, но куда хуже обеспечивает стереоскопичность зрения.

Главный элемент бинокля ночного видения, как и вообще любого ПНВ – электронно-оптический преобразователь. Упрощенная классификация подразумевает разделение их на три основных технологических поколения и промежуточные ступени: 1, 1+, 2, 2+, 3.

Любой ЭОП содержит следующие конструктивные элементы:

• Фотокатод – источник фотоэлектронов. Даже небольшие количества естественного освещения или невидимого света от приборов подсветки (например, ИК прожектора) выбивают из фотокатода электроны. Больше света – больше выбитых электронов.
• Анод – служит для ускорения электронов в рабочей камере.
• Фосфоресцирующая пластина. Когда на нее падает электрон, эта деталь дает кратковременную вспышку видимого света. Яркость и время вспышки зависит от количества и энергии падающих электронов. Чем больше плотность электронного потока, тем ярче свечение люминофорного экрана.

Важнейшие характеристики ЭОПа

К числу наиболее важных показателей, определяющих качество изображения в бинокле ночного видения, относятся:

• Чувствительность катода. Этот показатель показывает, какой фототок создается светом той или иной интенсивности. Более чувствительный фотокатод, выбивает больше электронов светом при той же мощности светового потока.
• Коэффициент усиления света. Этот показатель говорит о том, во сколько крат световой поток, выходящий из преобразователя, будет больше потока, входящего в него. Чем выше эта характеристика – тем ярче будет картинка в бинокле. В основном данный показатель зависит от чувствительности фотокатода и светимости экрана. Для преобразователей 1-го поколения эта величина находится в пределах усиления в 500-1000 раз.
• Разрешение преобразователя. Эта характеристика показывает, сколько светящихся точек приходится на 1 кв. мм экрана. Этот показатель у ЭОПов первого поколения очень неоднороден. Так, для центра поля зрения он колеблется в пределах 30 штр/мм, а по краям падает до 5 штр/мм. Поэтому изображение в ЭОПах первого поколения всегда размыто по краям. Кроме того, из-за неоднородного разрешения происходит искажение предмета. Например, квадрат при рассмотрении через бинокль с преобразователем 1-го поколения похож на подушку (у него будут растянуты края). При этом, такое искажение – не результат дефектов оптики, а особенность конструкции.

Конструкция ЭОПа первого поколения

В самом общем виде ЭОП первого поколения – это трубка, запаянная герметично. В ней отсутствует воздух, поэтому внутри создается довольно чистый вакуум. Передний конец фотокатода закрыт линзой объектива, там же размещен фотокатод, представляющий собой особое стекло (боросиликатное или на синтетическом оксиде кремния SiO₂), на заднюю поверхность которого напыляется тоненький слой вещества, из которого легко выбиваются электроны. Это смеси на основе полупроводниковых материалов – индия, теллура, кремния, мышьяка, германия и др.

За фотокатодом размещена ускорительная камера, в конце которой помещен анод. В этой камере электроны разгоняются напряжением и получают большую энергию, что существенно увеличивает их энергию. Электрическое поле, ускоряющее электроны имеет высокое напряжение (порядка 16 кВ), но создается оно трансформатором из напряжения всего в 3 В, которое поступает от батареи питания. Именно трансформатор создает тот характерный звук (свист, попискивание), которым обычно сопровождается работа прибора ПНВ.

Люминофорный экран бомбардируется электронами и создает свечение в видимом диапазоне. Цвет такого свечения зависит от типа люминофора. Бинокли ночного видения первого поколения обычно создают изображение либо в зеленых тонах или же черно-белое. Последнее, более контрастно, но от работы с таким биноклем сильнее устают глаза. Поэтому большинство пользователей приборов ночного видения рекомендуют выбирать именно бинокли с зеленым цветом люминофора.

Преимущества и недостатки биноклей на ЭОПах первого поколения

Как понятно из изложенного выше, для всех оптических приборов первого поколения характерны достаточно типичные преимущества и недостатки. Вот основные достоинства данной категории оптических приборов:

• Более простая конструкция и менее дефицитные материалы, применяемые при производстве прибора, положительно отражается на цене. Средняя цена на бинокли такой конструкции находится в пределах 25-30 тыс. рублей.
• Хорошая технологическая освоенность. Приборы такой конструкции есть в линейках практически всех фирм-производителей биноклей ночного видения. А значит, можно подобрать изделие, обладающее наиболее подходящей для Вас эргономикой, имеющей более продвинутый дизайн.

В то же время есть и ряд недостатков:

• Небольшое расстояние наблюдения. В пассивном режиме при 1/4 луны бинокли НВ обеспечивают уверенное наблюдение на расстояние не более 100-120 м.
• Незначительное усиление света. Здесь стоит понимать, что приборы первого поколения в принципе не рассчитывались на использование в пассивном режиме. Наиболее эффективны они при применении ИК подсветки.
• Низкое разрешение. Из-за этого происходит существенное размытие картинки по краям поля зрения.
• Относительно крупные размеры. Размер ЭОПа первого поколения относительно других поколений больше, поэтому и бинокль на его основе не может быть компактным.

Обзор модельного ряда биноклей ночного видения, первого поколения

Сегодня на прилавках магазинов и в сети Интернет можно найти массу моделей биноклей, основанных на использовании ЭОПов первого поколения. Они различаются конструктивными особенностями, эргономическими показателями и, конечно, ценой. Рассмотрим несколько моделей ПНВ, пользующихся популярностью в нашей стране:

• Yukon Tracker 2×24 Pro. Этот бинокль будет хорошим выбором для охотника – новичка, решившего познакомиться с практикой использования приборов ночного видения. Он отличается относительно доступной ценой (порядка 24 тыс. руб.) и приемлемым для бинокля первого поколения качеством картинки.

Главное преимущество модели – использование в конструкции двух приборов ИК подсветки различной мощности. Первый осветитель высокой мощности позволяет вести наблюдение на дистанции до 170 м. Дополнительный осветитель для наблюдения на ближней дистанции даёт возможность вести наблюдение на дистанции в 30 м, но обладает широким световым пятном, поэтому дает хорошее поле зрения.

Бинокль выполнен из качественного пластика и имеет ряд конструктивных особенностей, характерных для оптики конструкции «Юкон»: откидные крышки Eclipse, удобное расположение органов управления, относительно небольшие габариты и масса.

• Pulsar Edge GS 2.7×50. Этот бинокль имеет встроенный инфракрасный осветитель с возможностью регулировки мощности, что делает его весьма удобным для использования на ночной охоте, в турпоходе или военно-тактических играх.

Хоть данная модель и относится к числу устройств первого поколения, четкость изображения по краям поля зрения, у него существенно улучшена. Это достигнуто как совершенствованием оптической части (использование окуляров R-Contact), так и внедрением ноу-хау в конструкцию ЭОП (технология CF-Super). При этом бинокль снабжен защитой ЭОПа от световой перегрузки – при засветке автоматика отключит питание, и изделие не выйдет из строя.

• Pulsar Edge GS 3.5x50L. Более продвинутая модель в линейке. Помимо преимуществ предыдущей модели (защита от засветок, плавная регулировка мощности осветителя, улучшение качества изображения по краям поля зрения), модель имеет ряд дополнительных преимуществ: планка Вивера на корпусе для установки дополнительного осветителя, возможность плавной регулировки мощности осветителя и ряд других особенностей.

Как можно понять из изложенного, бинокль ночного видения первого поколения является относительно недорогим оптическим прибором, чьих возможностей вполне достаточно для решения многих задач.

Принцип работы прибора ночного видения

Давно идет спор меж охотниками: что лучше, тепловизор или прибор ночного видения (ПНВ). Первый класс устройств помогает четко видеть живые, нагретые неживые объекты в каждое время дня, года. В темноте шансы налететь лбом на ветку повышены, поскольку древесная кора холодная. Российские приборы ночного видения, напротив, позволяют замечать неживые объекты, для зверей нет резкого контраста с окружающей средой, предоставляемого тепловизором. Встает заманчивая перспектива – совместить преимущества устройств одним. Принцип работы прибора ночного видения необходимо дополнить опцией различения естественного свечения и искусственного.

Тепловизоры

Инфракрасный прибор ночного видения работает с подсветкой, тепловизоры целиком пассивны. Улавливают излучения, испускаемые нагретыми телами. Небезызвестный Арнольд Шварценеггер в фильме Хищник-1 использовал особенность прибора охотника на людей, скрываясь из поля зрения инопланетянина. Герой обмазался холодным илом, затерялся среди коряг. Инопланетный хищник раскрыл себя, за что позже наказан.

Преимущества тепловизора: аппарат видит сквозь дымовую завесу, туман, когда военные приборы ночного видения отказывают напрочь. На относительно сером поле, где очерчены предметы, ярким пятном выделяются посторонние пейзажу разгоряченные тела животных. Изобретатели тепловизора Flir Scout запатентовали специальную технологию фильма Хищник, которую назвали Instalert (англ. сокращение «тревога наступления события»). Горячие фигурки на экране становятся красными, мишени невозможно пропустить.

Рекламодатели стыдливо умалчивают, что будет, если температура окружающей среды приблизится к 35 ºС, станет равна по горячести человеку. Появится сплошной красный фон, где тяжело найти живые объекты. Любой китайский прибор ночного видения продолжит давать четкую картинку. Отсутствует режим Instalert, привычный пейзаж отчетливо прорисуется. Привыкший к выделению цветом человек в экстремальных условиях бессилен заметить врага. Несет потенциальную опасность оператору. Учитывая большую стоимость устройств, хотелось бы видеть на рынке более интеллектуальную систему, позволяющую безошибочно действовать в экстремальных условиях.

Дополнительное преимущество тепловизора: возможность использовать по хозяйству, обнаруживая утечки энергии жилого дома. Утеплительные мероприятия вести гораздо проще. Приборами пользуются строители. Тепловизоры продвигают, называя многообещающими системами для ручной ночной навигации на водном, наземном транспорте. Авторы склонны рассматривать перспективу скептически. Разве снабдить устройство специальной подсветкой. В этом ракурсе автомобильный прибор ночного видения смотрится привлекательнее, поскольку отображает предметы, независимо от температуры, наличия на небе Луны, звезд. Если ночь, отказали фары, тепловизор выручит, ровно до следующего раза.

Прибор идеален для:

• обнаружения крадущихся людей (воров, засады, гопников, убийц);
• отслеживания затаившихся зверей, птиц;
• оценки обстановки объекта.

Никакой прибор ночного видения Пульсар не позволит эффективно решить поставленную задачу, как тепловизор. При наличии множества нагретых тел преимущества нивелируются. Прибор ночного видения с тепловизором нашел разнообразные области применения. Первый хорош в городе, в теплом климате, второй — в заснеженном лесу.

Принципы работы ПНВ

Упомянуто: оба аппарата принимают излучение, в случае с ПНВ главенствующую роль играет подсветка. Вот как работает устройство. Типовой ПНВ содержит следующие части:

1. Оптическая система.
2. Усилители.
3. Подсистема построения изображения.
4. Тракт подсветки.

Лучи входят через профессиональный окуляр, в фокусе линзы зафиксирована фотоэлектродная пластина. С нее начинается усилительный тракт, агрегат помещен в чистый вакуум, чтобы молекулы воздуха не мешали движению внутри электронов. Разумеется, поток продолжает отклоняться гравитационным полем Земли, на протяжении длины корпуса ПНВ эффект малозаметен.

Итак, свет выбивает из круглой фотоэлектродной пластины электроны, увлекаемые положительным потенциалом микроканального усилителя. Об устройстве стоит поговорить отдельно. Круглая пластинка, образованная множественными мелкими сотами, неразличимыми невооруженным глазом. Настигая ячею, элементарная частица выбивает несметное число электронов, процесс нарастает лавинообразно. На оборотной стороне пластины в районе соты выходит рой зарядов, движущихся дальше на люминофорный экран. Как у телевизора, только одного цвета – зеленого. Оттенок выбран из условия максимальной чувствительности человеческого глаза, минимального напряжения психики.

Выходная оптическая система формирует картину для глаза. В бинокулярах поток раздваивается на оба зрачка. Во многом удобнее в силу особенностей работы человеческого мозга. У военных часто находят применение монокуляры. Единичные конструкции сочетаются с тепловизионными, ночными прицелами, что удобнее при рекогносцировке. Купить прибор ночного видения с кратностью свыше 1, будет стоить денег. На увеличение устройства не работают, позиционируются как тактическое преимущество в режиме реального времени.

Обратите внимание, внутри усилительной трубки царит вакуум, который не отклоняет прямолинейного движения электронов. В противном случае картинка не то чтобы будет размытой, вовсе не получится. Только полное отсутствие воздуха позволит прибору работать. Должно быть понятно сталкивавшимся с ламповыми электронными устройствами. Прямолинейное движение обусловлено правильной расстановкой потенциалов:

• На фотоэлектроде потенциал ниже усилительной пластинки. Самое высокое напряжение на люминофоре.

Подобный принцип используется электронно-лучевыми трубками старых телевизоров. Бытовые приборы используют три цвета люминофора.

Появление первых ПНВ

Несмотря на заявления Википедии, что первенство принадлежит фашистам, прибор ночного видения СССР тоже выпускало. Работа велась до начала Второй мировой войны. Удалось ввести в обиход Морфлота пеленгаторы, источники ИК-излучения, играющие роль навигационных огней. Невооруженный глаз заметить присутствия инфракрасных маяков бессилен, повышалась в ночное время скрытность передвижения войск.

Работами в СССР занималось НИИ 801, на базе которого в 1983 году создано отделение 1100 Орион. С 1991 года переименовано в СКБ ТНВ. Обратите внимание, люди занимались и тепловизорами. Изначально обе ветви шли бок о бок. Привели далеко не полную историческую экспозицию становления отрасли, поскольку не считаем важным рассматриваемому вопросу. В состав отдела разработки ПНВ входили:

1. Светотехническая лаборатория.
2. Фотометрическая лаборатория.
3. Отдел источников питания.
4. Отдел приборов бортового назначения.
5. Отдел приборов наземного назначения.
6. Отдел физических основ ночного видения.
7. Навигационные приборы.
8. Отдел тепловизоров.
9. Подразделение конструкторов.

Занималась структура поиском новых методов построения изображения на основе невидимых участков спектра. Различимая глазом часть электромагнитных колебаний является малой толикой глобальной картины Вселенной. Факт задействовали изысканиями советские ученые. Первый ПНВ с подсветкой создан в начале 50-х годов. Разумеется, конвейер снабжал оборонку. Детский прибор ночного видения тогда мало кого интересовал.

Ракетные комплексы наведения класса земля-воздух, воздух-воздух работают по принципу пеленгации инфракрасного излучения работающего двигателя летательного аппарата. Вне зависимости от того, что перехватывают, вертолет, самолет, другую ракету.

Первые конструкции достаточно громоздки. Чего стоит источник питания напряжением 45 кВ. Медленно, но верно, дело шло вперед к эргономизации, экономизации, оптимизации. Пригодились наработки термоэлектрических холодильников, засекреченных до французской конференции 1992 года. Значительный сдвиг в конструировании приборов ночного видения дал многощелочной катод. Прибор имел низкий темновой ток, не требовал охлаждения, свойствами на порядок превосходил кислородно-цезиевые эквиваленты.

Выбор ПНВ

Перед тем как выбрать прибор ночного видения, подумайте, каким требованиям должен отвечать. Сегодня можно достать тепловизор за меньшую сумму, может отдельно послужить строителям. Дешевый ПНВ стоит 7000 рублей, по карману среднестатистическому гражданину РФ. Дорогие модели зашкаливают за 200000 рублей. Среди параметров на передний план выдвигаются чувствительность, разрешающая способность. Величины напрямую влияют на дальность обнаружения объектов.

Не пытайтесь проделать ремонт приборов ночного видения своими руками. Сложные электронные устройства, во многом превосходящие по сложности миксер.

Источники:

http://velofun.ru/choose/pribory-nochnogo-videniya-binokli-teleskopy-monokulyary-pricely-i-ochki-nochnogo-videniya.html
http://go-radio.ru/night_vision.html
http://tehpribory.ru/glavnaia/pribory/pribor-nochnogo-videniia.html
http://bogofi.ru/clauses/opticheskie-pribory/binokli-nochnogo-videniya-pervogo-pokoleniya/
http://vashtehnik.ru/elektronika/princip-raboty-pribora-nochnogo-videniya.html