Как работает прибор ночного видения: принцип действия по этапам
Прибор ночного видения (ПНВ) позволяет видеть в условиях слабой освещённости или полной темноты, улавливая остаточный свет или ближний инфракрасный диапазон и преобразуя его в видимую картинку на экране. Принцип основан на электронно-оптическом усилении светового потока в вакуумной трубке.
Этап 1. Захват фотонов объективом и фотокатодом
Объектив прибора собирает фотоны, отражённые от предметов сцены. Даже ночью присутствует остаточный свет: звёздное небо, луна, городская засветка или ближний инфракрасный диапазон (780–1000 нм), невидимый человеческому глазу. Фотоны попадают на фотокатод: тонкую плёнку из полупроводникового материала (чаще всего соединений антимонида галлия или арсенида галлия в современных приборах). За счёт фотоэлектрического эффекта каждый падающий фотон выбивает электрон из плёнки в вакуум. Количество выбитых электронов пропорционально яркости каждой точки сцены, поэтому уже на этом этапе формируется электронное «изображение».
Этап 2. Усиление электронного потока в МКП
Выбитые электроны поступают в микроканальную пластину (МКП): диск диаметром несколько сантиметров, пронизанный миллионами микроканалов диаметром 6–10 мкм. Между торцами МКП приложено напряжение 600–1000 В. Попадая в канал, электрон сталкивается со стенками и выбивает новые вторичные электроны, те выбивают следующие: возникает лавинное умножение. На выходе из одного канала один входной электрон превращается в 1000–10 000 электронов. Именно МКП обеспечивает коэффициент усиления яркости в тысячи раз, что и отличает современные приборы третьего поколения от ранних аналогов.
Этап 3. Формирование изображения на люминофорном экране
Усиленный поток электронов бьёт в люминофорный экран: покрытие из вещества, способного излучать видимый зеленоватый свет при бомбардировке электронами. Зелёный цвет выбран намеренно: человеческий глаз наиболее чувствителен к излучению в диапазоне 500–560 нм, что снижает зрительную усталость при длительном наблюдении. На экране воспроизводится пространственная карта яркостей, соответствующая исходной сцене, только теперь уже видимая глазом наблюдателя.
В некоторых современных моделях (поколение 3+) вместо люминофорного экрана используется цифровой датчик изображения, что позволяет передавать картинку на внешний дисплей или записывать видео.
Поколения приборов и их различия
Поколение 0 и 1 (1950–1980-е годы) работали без МКП и давали сильно искажённое изображение с дальностью видения до 100–200 метров. Поколение 2 получило МКП, что увеличило усиление в сотни раз и улучшило качество. Поколение 3 применяет фотокатод из арсенида галлия (GaAs), повышающий чувствительность в ближнем ИК-диапазоне, и специальное ионное барьерное покрытие МКП для увеличения срока службы до 10 000 часов и более. Современные гражданские охотничьи ПНВ в России относятся преимущественно ко второму и третьему поколениям. Наряду с классическими электронно-оптическими существуют тепловизионные приборы, работающие в дальнем ИК-диапазоне (8–12 мкм) и улавливающие собственное тепловое излучение объектов, однако принцип их работы принципиально иной и основан на матричных болометрических детекторах.
