Средства наблюдения в инфракрасном диапазоне

Для визуально-оптического наблюдения в инфракрасном диа­пазоне необходимо переместить невидимое для глаз изображение в инфракрасном диапазоне (более 0,76 мкм) в видимый диапазон. Эта задача решается в приборах ночного видения (ПНВ) и тепло­визорах.

Основу приборов ночного видения составляет электронно-оптический преобразователь (ЭОП), преобразующий невидимое глазом изображение объекта наблюдения в видимое. Самый прос­той ЭОП, так называемый стакан Холста (по имени изобретателя Холста де Бургоса) представляет собой стеклянный сосуд, из кото­рого выкачан воздух (рис. 16.5).

Плоская поверхность стакана, обращенная к объекту наблюде­ния, металлизируется и на ней наносится светочувствительный ма­териал из окиси серебра с цезием — фотокатод. Противоположная поверхность стакана представляет собой металлизированный эк­ран с люминофором. К металлизированным поверхностям подво­дится достаточно высокое напряжение 4-5 кВ, в результате чего между ними возникает электрическое поле. На фотокатод объек­тивом проецируется изображение в ИК-диапазоне. В каждой точ­ке фотокатода под действием фотонов света возникают свобод­ные электроны, количество которых пропорционально яркости со­ответствующей точки изображения. Электрическое поле вырыва­ет свободные электроны из фотокатода и, разгоняя, устремляет их к экрану с люминофором. В моменты столкновения электронов с люминофором возникают вспышки видимого света, яркость кото­рых пропорциональна количеству электронов. Таким образом на экране с люминофором формируется видимое изображение, близ­кое исходному в ИК-диапазоне.

Однако параметры (чувствительность, разрешение) рассмот­ренного ЭОП невысокие и не обеспечивают наблюдение при низ­кой освещенности и, следовательно, добывание демаскирующих признаков об объекте с мелкими деталями.

С момента создания в 1934 г. первого ЭОП в виде стакана Холста разработано несколько поколений этих приборов (от нуле­вого до 4-го), отличающиеся конструкцией и используемыми све­точувствительными материалами. ЭОП 2-го и 3-го поколений, ко­торые применяются в настоящее время, имеют чувствительный фо­токатод, а между пластинами камеры размещается так называемая микроканальная пластина. Пластина содержит приблизительно 5000 микроканалов на 1 мм², внутри которых движутся электроны фотокатода. В результате устранения взаимного влияния электро­нов от соседних точек фотокатода, движущихся по разным микро­каналам, достигается повышение разрешающей способности при­бора ночного видения с микроканальной пластиной. Кроме того, в процессе движения электронов внутри каналов происходит «раз­множение» электронов в результате «выбивания» дополнительных электронов из стен каналов, покрытых специальными материала­ми. Основные усредненные показатели приборов ночного видения различных поколений приведены в табл. 16.2.,

Таблица 16.2

Примечание. Естественная ночная освещенность (ЕНО) соответствует 5 • 10 ³ лк.

На основе ЭОП 2-го и 3-го поколений созданы различные при­боры ночного видения, включающие ночные бинокли и очки, ар­тиллерийские приборы и прицелы для различных образцов воен­ной техники. Самые малые по размерам ПНВ — очки на базе ЭОП 3-го поколения имеют угол зрения 40 град, дальность наблюдения (обнаружения) 500м при естественном освещении около 10~³лк, массу около 700 г.

Приборы ночного видения эффективно работают в условиях естественного ночного освещения, но не позволяют проводить на­блюдения в полной темноте (при отсутствии внешнего источни­ка света). Их чувствительность недостаточна для приема световых лучей в ИК-диапазоне, излучаемых телами.

Приборы ночного видения (ПНВ) разделяют на 3 группы: приборы малой дальности действия (ночные очки), позволяю­щие видеть фигуру человека на расстоянии 100-200 м. Вес и га­бариты этих приборов позволяют носить их в карманах, сумках, портфелях;

приборы (ночные бинокли, трубы) средней дальности (человек виден до 300-400 м), наблюдение ведется с рук; приборы большой дальности действия (до 1000 м), устанавлива­емые для наблюдения на треноге или подвижном носителе.

Например, прибор ночного видения — бинокль фирмы Noctron (США) имеет фокусное расстояние 135 мм, угол поля зрения — 10,6°, массу 1,98 кг, габариты 320 х 80 х 210 мм, дальность наблю­дения человека 300-400 м.

Стационарный прибор ночного видения НМ-10С оснащается длиннофокусным объективом (F = 250 мм) с 10-кратным увеличе­нием и специальным окуляром с переходными кольцами для под­соединения фото- и видеокамеры. Электронно-оптический преоб­разователь обеспечивает усиление 30000 и разрешение в центре 28 лин/мм. Прибор имеет габариты 200 * 600 мм, вес 5,1 кг и уста­навливается на треноге.

По способу подсветки приборы ночного видения условно раз­деляют на три типа:

- объект наблюдения подсвечивается с помощью искусственно­го источника ИК-излучения, размещенного на приборе ночного видения;

- с подсветкой от естественного освещения; принимающего собственное тепловое излучение объекта на­блюдения.

Приборы ночного видения первого типа содержат ИК-фару в виде обычного источника света мощностью 25-100 Вт, закрытого спереди специальным фильтром. Например, прибор ночного виде­ния с подсветкой «Аргус» позволяет вести наблюдение в полной

темноте объектов на удалении до 120 м. На этом удалении мож­но различить силуэт человека и определить тип транспортного средства. Опознать человека по признакам внешности и лица мож­но на значительно меньшем расстоянии — 35-50 м. Приборы ноч­ного видения при освещенности ночью в летнее время (прибли­зительно 0,005 лк) позволяют видеть фигуру человека на расстоя­нии до 300-400 м. Например, ПНВ отечественного производства «Ворон-3» имеет пороговый уровень освещенности для визуально­го обнаружения объектов 0,001 лк, для регистрации — 0,01 лк. Его разрешающая способность не менее 28 лин/мм, диапазон автома­тической регулировки 10⁵ чувствительности, напряжение питания 5-9 В, масса — не более 1,2 кг.

Наблюдению объектов в полной темноте (при отсутствии вне­шних источников ИК-света) на рассмотренных принципах мешают тепловые шумы светоэлектрических преобразователей. Снижение уровня шумов достигается применением малошумящих свето­чувствительных материалов и охлаждением преобразователей. Для надежного обнаружения теплового излучения объекта наблю­дения на фоне шумов светоэлектрического преобразователя (обес­печения отношения сигнал/шум более 1) последний нуждается в охлаждении до весьма низких температур — (-70... - 200)°С.

Наблюдение объектов в свете собственных излучений (с точ­ки зрения наблюдателя — в полной темное) обеспечивается в теп­ловизорах с охлаждаемыми светоэлектрическими преобразова­телями. Охлаждение производится с помощью термоэлектричес­ких и микрокриогенных устройств до температуры порядка 70° К. В качестве светоэлектрических преобразователей применяют­ся ИК-матрицы размером до 640 х 480 из пироэлектрических эле­ментов и микроболометров, обеспечивающих опознавание челове­ка на удалении до 1,5 км, а автомобиля—- до 5 км. Масса совре­менных тепловизоров составляет единицы кг. Например, японский, тепловизор LATRO-S270 фирмы Nicon Corp. матрицей размером 537 ^х 505, охлаждаемой микрокриогенным устройством до темпе­ратуры 77° К, имеет габариты 100 * 120 х 165 мм и массу 2,5 кг.

Основными характеристиками технических средств наблю­дения в ИК-диапазоне, влияющими на их возможности, являют­ся следующие:

• спектральный диапазон;

•пороговая чувствительность по температуре;

•фокусное расстояние объектива;

•диаметр входного отверстия объектива;

•угол поля зрения прибора;

•коэффициент преобразования (усиления) ЭОП;

•интегральная чувствительность.