3.3 Конструкция прибора ночного видения на основе эоп

 ПНВ на основе ЭОП представляет собой телескопическую оптическую систему со встроенным в нее ЭОП.

Рис.3.2 Конструкция прибора ночного видения

объектив;

электронно-оптический преобразователь (ЭОП);

блока окуляра;

элементы питания;

корпус.

Свет попадает через объектив (1), который формирует изображение на входе ЭОПа. ЭОП (2) электронным способом многократно усиливает изображение и передает на экран, который наблюдается через окуляр (3) в виде желто-зеленого свечения.

Объектив создает на фотокатоде ЭОП изображение слабоосвещенного (ночным небом, звездами, луной) объекта. Фотокатод - тонкий полупроводниковый слой, нанесенный на внутреннюю поверхность входного окна вакуумного корпуса ЭОП.

Фотокатод эмитирует в вакуум электроны, причем число эмитированных из каждой точки электронов пропорционально яркости в этой точке изображения, спроецированного объективом.

Несущий таким образом "электронное изображение" поток электронов ускоряется и фокусируется электронно-оптической системой на катодолюминесцентный экран. Ускорение фотоэлектронов происходит под действием напряжения порядка 10 000 вольт, вырабатываемого источником питания.

Именно за счет преобразования фотонов в электроны и ускорения последних в ЭОП происходит усиление яркости. Ускоренные и сфокусированные фотоэлектроны, попадая на люминесцентный экран, вызывают его свечение в видимой глазом области спектра.

Так как яркость свечения экрана в каждой точке будет пропорциональна числу попавших в нее фотоэлектронов, на экране создается видимое усиленное и преобразованное изображение наблюдаемого объекта. Это изображение наблюдается с помощью окуляра.

ПНВ позволяют отчетливо наблюдать изображения в условиях ночной освещенности, включая безлунную ночь. Одновременно с усилением, ПНВ осуществляет и преобразование изображения.

Преобразование происходит из-за разницы в спектральных характеристиках чувствительности фотокатода ЭОП и человеческого глаза. Современные фотокатоды имеют продленную в ИК - область (до 0.9 мкм) чувствительность. В этой области наблюдается существенное различие в коэффициентах отражений света от естественных и искусственных объектов. Поэтому неразличимый глазом в темное время суток на фоне травы или листвы человек в защитной форме будет отчетливо виден в ПНВ в виде темного объекта на светлом фоне.

3.3.1 Принцип действия эоп разных поколений

По способу переноса электронного изображения с фотокатода на люминесцентный экран ЭОП разделяются на три вида:

с параллельным переносом изображения однородным электростатическим полем (плоские ЭОП);

с электростатической фокусировкой;

с магнитной фокусировкой.

Первый ЭОП был разработан Холстом с соавторами в исследовательском центре фирмы “Филипс” (Голландия) в 1934 году. Он остался известен как “стакан Холста”. Его схема, иллюстрирующая принцип действия, приведена на рис.3.3.

Рис.З.3 Принцип действия “стакана Холста”

Этот ЭОП представлял собой два вложенных друг в друга стакана, на плоские донышки которых наносились фотокатод и люминофор. Приложенное к этим слоям высоковольтное напряжение создавало электростатическое поле, обеспечивающее прямой перенос электронного изображения с фотокатода на экран с люминофором. В качестве фоточувствительного слоя в “стакане Холста” использовался серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод, имевший довольно низкую чувствительность, хотя и работоспособный в диапазоне до 1,1 мкм. К тому же, этот фотокатод обладал высоким уровнем шумов, для устранения которых требовалось охлаждение до минус 40 ^оС.

Простейшие ЭОП с плоскопараллельными фотокатодом и экраном и переносом изображения однородным электростатическим полем не получили распространения из-за ряда недостатков: сравнительно небольшого коэффициента преобразования, недостаточной разрешающей способности, малой контрастности изображения. Наибольшее распространение получили ЭОП с электростатической фокусировкой (рис.3.4), в которых изображение переносится неоднородным осесимметричным электростатическим полем - полем электронной линзы. Линза собирает электроны, испускаемые каждой точкой фотокатода, в узкие пучки, которые на экране создают светящееся изображение, геометрически подобное изображению, проецируемому на катод. ЭОП с фокусирующими системами создают достаточно хорошие изображения с разрешением в несколько десятков пар линий/мм. Линза переносит изображение с уменьшением в несколько раз, что увеличивает яркость свечения экрана; наличие анодного электрода с небольшим отверстием со стороны катода заметно уменьшает оптическую обратную связь, экранируя катод от засвечивания излучением экрана.