Як працює прилад нічного бачення: будову та принцип роботи ПНО

Пристрій ПНО - це оптико-електронний прилад, що дає оператору детальне зображення досліджуваної локації та об'єктів при зниженій освітленості. Застосування скотопічні пристрої знайшли у військовій справі, полюванні, охороні, рятувальних та пошукових роботах, спостереженні за тваринами та орієнтації на місцевості у темряві.

Конструктивно виділяють кілька форм-факторів пристроїв – приціли для зброї, компактні монокуляри, звичні біноклі, тепловізори, окуляри. Відмінності у формі конструкцій не впливають на дію, оскільки працює прилад нічного бачення за одним принципом незалежно від виду оптики.

Як влаштовані ПНВ

Щоб розібратися, як прилади нічного бачення працюють, слід ознайомитися з конструктивними елементами пристроїв.

Оптичний виріб містить у собі:

1. 1 або 2 об'єктива – деталь збирає світло, що падає від об'єкта стеження, та перенаправляє зображення на поверхню електронного оптичного перетворювача – фотокатод;
2. приймач випромінюваної енергії – основою елемента може виступати матриця ПЗЗ у цифрових приладах або тепловізор в інфрачервоних варіантах;
3. підсилювач - роль відображача картинки виконує ЕОП, що відповідає за перетворення ІЧ-зображення, невидимого людському оку у видиме, і посилення світлового потоку в кілька тисяч разів;
4. Елемент відображення – користувач через окуляр бачить картинку на екрані монітора або ЕОП.

Використання конструкції електронно-оптичного перетворювача дозволять бачити вночі, це основа пристрою. Картинка приладів відображається чорно-білим або зеленим кольором, для зниження напруги очей. Чорно-біле зображення відрізняється більш високою деталізацією.

В умовах повної темряви використовуються пристрої з вбудованим або знімним підсвічуванням. ІЧ-освітлювач складається з ІЧ-діодів або лазерних діодів, що працюють в ІЧ-діапазоні. Застосовується підсвічування, якщо природного освітлення місцевості не вистачає для коректної роботи ПНО і як додаткове джерело світла. Дальність освітлювача визначається потужністю оптичної техніки.

Типи нічної оптики

При побудові влаштування нічного бачення застосовується кілька методів:

• нічний режим - використовується ЕОП для збільшення вкрай слабкого світла, непомітного людського ока;
• ближній режим – працюють в ІЧ-спектрі, коли немає природних джерел світла, потребують підсвічування інфрачервоними прожекторами;
• стеження в тепловому ІЧ-діапазоні: хвиля досягає показника від 7 до 15 мкм, на дистанції, що спостерігається, видно всі тверді і теплокровні об'єкти.

Найбільш поширений пристрій приладу нічного бачення, що працює на базі ЕОП. Техніка відрізняється компактними розмірами, невеликою вагою, тривалим терміном автономної експлуатації.

Види ПНО та особливості їх застосування

Хоча у приладах нічного бачення принцип роботи ідентичний, виробники випускають вироби у різних типорозмірах.

Бінокль

Універсальні прилади, оснащені двома ЕОП, не навантажують зір за рахунок можливості вести стеження двома очима, дозволяють прийняти стереоскопічний малюнок у збільшеному розмірі. Нічний канал бінокля побудований на малогабаритному герметизованому перетворювачі покоління II+.

Конструкція пристрою включає:

• проекційний об'єктив;
• відбивач;
• окулярні блоки;
• лінзи.

Фотометрична система оснащена кількома режимами нічного каналу. Щоб прилад нічного бачення функціонував так само, як працює далекомір, встановлено функцію далекомірної сітки, що визначає дистанцію до об'єкта стеження.

Монокуляр

Найпростіший варіант нічної оптики. За принципом роботи цей ПНО співпадає з біноклем. Зовні схожий на зорову трубу, має невисоку кратність, необхідно тримати монокуляр у руках.

Окуляри

Наявність особливого кріплення дозволяє закріплювати прилади на спеціальних шоломах або ремінцях для носіння виробу на голові. Зрозуміти, як працюють окуляри нічного бачення, скорочено ОНВ, можна з прикладу попередніх варіантів оптики. Вони мають широкий кут зору, зображення видаються в стандартному розмірі або зі збільшенням від 1х, що порівнює їх дію з біноклями.

Розрізняють два типи нічних окулярів.

1. Бінокулярні – оснащені двома аналогічними каналами для обох очей користувача, складаються з перетворювача, окуляра та об'єктива. Регулювати інтервал між зіницями очей можна у проміжку від 52 до 72 міліметрів. Зображення від бінокулярних окулярів оператор отримує стереоскопічне.
2. Псевдобінокулярні - включають об'єктив і 1 ЕОП. Принцип роботи приладу нічного бачення полягає у розведенні картинки, що отримується з дисплея перетворювача, на два ока. Цю функцію виконує псевдобінокулярний мікроскоп.

Відмінностей, як працюють псевдо- та бінокулярні окуляри для нічного бачення, мало. Різниця у вартості та вазі. Псевдобінокулярні варіанти мають меншу вагу і коштують дешевше.

Приціли

Їхні переваги у можливості фіксації на зброї. Пристрої оснащені прицільними сітками та функцією збільшення зображення. Виконуються в герметичному та стійкому до механічного впливу корпусі, витримують сильну віддачу при стрільбі. За технічними характеристиками можуть застосовуватись для зброї різної потужності.

Альтернативою прицілам виступає лазерний далекомір. Промінь закріпленого на зброї ІЧ-цілоуказателя помітний тільки через ОНВ.

Тепловізори

Використовуються у випадках, коли застосування ЕОП безглуздо, а видимість навколишнього середовища утруднена туманом, димарем або потужними світловими перешкодами. Здатні знайти теплокровні цілі в густих насадженнях, але втрачають працездатність при температурі +35°C. Сконструйовано на базі болометрів. Принцип роботи ПНО у вловлюванні теплових сигнатур, що випромінюються від усіх об'єктів, нагрітих у термодіапазоні -50-500°C. Чутливість болометрів у тепловізорах визначається довжиною хвиль у діапазоні від 2 до 14 мкм.

Цифрові прилади

Прилад нічного бачення, де принцип роботи повторює алгоритм дії відеокамери, також входить у перелік видів ПНО. Світло, що надходить від об'єкта, переходить на світлочутливу матрицю і перетворюється на цифровий сигнал, далі надходить на екран цифрового пристрою і виводиться на окуляр. Мінуси пристроїв у високому споживанні енергії та непрацездатності за низьких температур.

ПНВ придатні для встановлення на бойові одиниці, що з'єднуються з деталями стрілецьких комплексів.

Етапи розробки нових ЕОП

Принцип роботи приладів для нічного бачення із застосуванням ЕОП залишається незмінним: збільшує слабке світіння, що походить від малопотужних світлових джерел. Перетворювачі в пристроях з модернізацією технологій змінювалися і ставали дедалі сильнішими. Створено відносну класифікацію ЕОП за поколіннями. Кожна модель, де базові характеристики покращувалися, отримувала "+". Таких поколінь налічується чотири плюс нульове.

1. Пристрої нульового покоління не використовуються. Вони мають низьку чутливість, не здатні функціонувати без додаткового освітлення. Складаються з 2 циліндрів, які вставляють один в інший. На одному наноситься люмінофор, на іншому – фотокатод. Зображення передається реальне, без додаткового посилення.
2. I покоління ЕОП характеризується малою дальністю, прилади бачать на відстані до 200 метрів. Поліпшити показники можна застосуванням додаткового джерела ІЧ-випромінювання. Мінус приладу в низькій чіткості зображення, а коефіцієнт посилення складає 900. У ПВН I+ немає розмитих ділянок, точкові засвічення не шкодять видимості та яскравості, дальність виявлення підвищена на 50 м.
3. ІІ покоління відрізняється використанням розгінної камери. Принцип роботи цього приладу нічного бачення ґрунтується на використанні МКП (мікроканальна пластина), що прискорює провідність електронів. Застосування технології збільшило дальність розпізнавання мети на довжині до 600 м, а ведення цілеспрямованого вогню можливе на дальності 300 м. II+ покоління відрізняється відсутністю МКП, чутливим фотокатодом, невеликим коефіцієнтом посилення, довжиною хвилі ІЧ-підсвічування, непомітною для тварини. Підходить для використання у відкритій місцевості.
4. ІІІ-й період походження ПНО не вимагає додаткового підсвічування, показує якісну картинку на відстані 500 м при поганій видимості. III+ оснащений імпульсним джерелом живлення, яке захищає від засвічення по периферії. Мінус цього приладу нічного бачення у вартості пристрою. Вироби дорогі, виготовляються лише на 3 заводах у світі.
5. Дорожнеча приладів III покоління стала причиною виробництва ЕОП IV генерації. Матеріалом для Photo-CAD є GaAs, що значно знизило виробничі витрати.

Пристрої IV покоління поки не надійшли ринку оптичної продукції.

Критерії підбору ПВН

Вибираючи ПНО, важливо попередньо вивчити, як працює конкретний прилад нічного бачення, за яких умов може експлуатуватися, максимальну дальність видимості та розпізнавання об'єктів спостереження. У технічних характеристиках слід дивитися на:

• роздільна здатність зображення;
• кут зору;
• наявність функції фокусування;
• кратність;
• діаметр об'єктиву.

Але спочатку слід визначитися з типом виробу, який підходить під потреби користувача. Другий момент – покоління. Вони відрізняються можливостями, тим, як і де здатне працювати нічне бачення, ціновим співвідношенням.

Завершальними критеріями вибору нічної оптики є маса і габарити. Для мисливських цілей підходять недорогі варіанти першого покоління або просунуті для професійних мисливців II+ рівня. В охоронній та правоохоронній діяльності актуальні дорожчі моделі останніх поколінь.

Пропозиції сучасної оптичної продукції допомагають операторам у різних галузях ефективно проводити спостережні заходи за складних погодних умов та обмеженої видимості атмосфери в нічний час. Для того, щоб отримати HTML код, натисніть на кнопку "Джерело" і скопіюйте код у буфер.